混凝土减水剂生产工艺技术

1、1、项目概况及招标范围1.1 项目概况本项目一期占地 150 亩，总投资约 6.5 亿，产能 30 万吨 / 年 , 其中，聚羧酸水剂 8 万吨 / 年，聚羧酸干粉 1.4 万吨/ 年，萘系水剂 10.6 万吨 / 年，萘系粉剂 1.4 万吨 / 年，脂肪族减水剂 8 万吨 / 年，氨基磺酸减水剂 0.6 万吨 / 年。 1.2 招标范围从项目初步设计开始至整厂验收结束期间的各类设计工作。包含项目初步设计（含准确的投资概算报告，误差不超过10%。）、政府要求完成的各类设计专篇、整厂施工图设计以及协助招标人生产线试车、协助完成各类验收等。四、设计工艺4.1聚羧酸系列产品生产工艺流程本项目聚羧酸系

2、列产品包括聚羧酸水剂及聚羧酸粉剂两种，合成路线见下图：环氧乙烷环氧丙烷甲基烯丙醇合成聚醚 I 型(中间体 )丙烯酸丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸甲酯巯基乙醇雕白粉维 C合成I 型聚羧酸母液(中间体 )水松香热聚物引气剂葡萄糖酸钠复配混合改性聚醚 TPEG(中间体 )混合聚羧酸母液 (中间体 )环氧乙烷环氧丙烷异戊烯醇合成聚醚 II 型 (中间体 )丙烯酸巯基乙酸雕白粉维C合成II 型聚羧酸母液(中间体 )干燥聚羧酸干粉(中间体 )复配木质素减水剂葡萄糖酸钠硫酸盐混渣聚羧酸水剂聚羧酸粉剂(产品 1)(产品 2)图 4.1-1聚羧酸系列产品合成路线改性聚醚工艺流程改性聚醚 TPEG 由聚醚 I 型

3、和聚醚 II 型两种中间体按 1:1 质量比混合而成。1）聚醚 I 的工艺流程：在反应釜中通入氮气置换5min，降低容器中氧含量，然后泵入计量的甲基烯丙醇和一定量的催化剂（KOH ）配制反应起始液，开启搅拌系统，升温至 95-105，通入少量的环氧乙烷和环氧丙烷引发反应。待诱导期结束后，连续通入环氧乙烷和环氧丙烷的混合物，使得釜内压力保持在0.2-0.35MPa 密闭反应，控制反应温度在90-110。通入时间控制在2-3 小时，反应完全后升温到 110，开启真空脱水 1 小时（真空度大于 -0.098 MPa），真空脱水主要是利用液体（水）在真空中蒸发变成蒸汽时需要吸收热量，利用的水蒸发吸热的

4、原理。真空脱水后再加入环氧乙烷和环氧丙烷反应，反应温度控制在 110，环氧乙烷和环氧丙烷的加料时间控制在 3-5 小时，待釜内压力降至 0.03MPa 并维持在一定数值时，可以视为反应结束保持温度，再次进行真空脱水 1 小时（真空度大于 -0.098 MPa）。冷却至 100以下，加入少量草酸中和至微酸性，再加入少量双氧水于 60-80漂白半小时，结束后冷却至 50-60出料。成品液经出料泵泵入切片上料罐，上料罐通过间接加热的方式使物料保持在 60，以保证半成品形态，便于后续工段处理。上料罐中的物料经切片上料泵送切片机，切片机为滚筒式，采用夹层式，内层通入循环水，外层为物料。物料冷却成固态后，

5、被切片机刀口切成规格大小，切片工段配备一台除尘器，用于收集聚醚粉尘。聚醚 I 型整个生产周期含原料、设备准备时间约为 12h，每天生产 2 批次，全年合计 600 批次，每批次约生产 16.7925t。聚醚 I 的化学反应方程式：CH 3CH 3HH2H2 CC2OHKOHH2CCCOKH 2OC聚醚 I 型工艺流程图见图4.1-2。氮气甲基烯丙醇KOH环氧丙烷环氧乙烷环氧丙烷环氧乙烷环氧丙烷环氧乙烷草酸双氧水置换G1-1：置换尾气引发反应脱水真空泵G1-2：水、甲基烯丙醇、环氧乙烷、环氧丙烷进真空泵废水 W 1-1：水、甲基烯丙醇、环氧乙烷、环反应氧丙烷脱水真空泵G1-3：水、甲基烯丙醇、环

6、氧丙烷、环氧乙烷进真空泵废水 W 1-2：水、甲基烯丙醇、环氧丙烷、环中和漂白氧乙烷、切片Gu1-1：粉尘聚醚I型图 4.1-2 聚醚 I 型工艺流程及产污环节图2）聚醚 II 的工艺流程：聚醚 II 型工艺流程与 I 型基本相似，仅反应原料不同，具体流程为：在反应釜中通入氮气置换 5min，降低容器中氧含量，然后泵入计量的异戊烯醇和一定量的催化剂（ KOH ）配制反应起始液，开启搅拌系统，升温至 95-105，通入少量的环氧乙烷和环氧丙烷引发反应。待诱导期结束后，连续通入环氧乙烷和环氧丙烷的混合物，使得釜内压力保持在0.2-0.35MPa 密闭反应，控制反应温度在 90-110。通入时间控制

7、在 2-3 小时，反应完全后升温到 115，开启真空脱水 1 小时（真空度大于 -0.098 MPa）。然后再加入环氧乙烷和环氧丙烷反应，反应温度控制在 110，环氧乙烷和环氧丙烷的加料时间控制在3-5 小时，待釜内压力降至 0.03MPa并维持在一定数值时，可以视为反应结束保持温度，再次进行真空脱水 1 小时（真空度大于 -0.098 MPa）。冷却至100以下，加入少量草酸中和至微酸性，再加入少量双氧水于 60-80漂白半小时，结束后冷却至 50-60出料。成品液经出料泵泵入切片上料罐，上料罐通过间接加热的方式使物料保持在60，以保证半成品形态，便于后续工段处理。上料罐中的物料经切片上料泵

8、送切片机，切片机为滚筒式，采用夹层式，内层通入循环水，外层为物料。物料冷却成固态后，被切片机刀口切成规格大小，切片工段配备一台除尘器，用于收集聚醚粉尘。聚醚 II 型整个生产周期含原料、设备准备时间约为 12h，每天生产 2 批次，全年合计 600 批次，每批次约生产 16.8158t。聚醚 II 的化学反应方程式：聚醚 II 型工艺流程图见图4.1-3。氮气99%异戊烯醇KOH环氧丙烷环氧乙烷环氧丙烷环氧乙烷环氧丙烷环氧乙烷草酸双氧水置换G2-1：置换尾气引发反应脱水真空泵反应脱水真空泵中和漂白切片Gu2-1：粉尘聚醚II型G2-2：水、异戊烯醇、环氧乙烷、环氧丙烷进真空泵废水 W 2-1：

9、水、异戊烯醇、环氧乙烷、环氧丙烷G2-3：水、异戊烯醇、环氧丙烷、环氧乙烷进真空泵废水 W 2-2：水、异戊烯醇、环氧丙烷、环氧乙烷图 4.1-3 聚醚 II 型工艺流程及产污环节图3）改性聚醚的工艺流程：改性聚醚 TPEG 由聚醚 I 型和聚醚 II 型按约 1:1 质量比混合而成。改性聚醚工艺流程图见图4.1-4。聚醚 I型Gu3-1：粉尘聚醚II型混合改性聚醚图 4.1-4 改性聚醚 TPEG 工艺流程及产污环节图聚羧酸母液工艺流程聚羧酸母液由 I 型聚羧酸母液和 II 型聚羧酸母液按 1.7:0.77 质量比混合而成。1）I 型聚羧酸母液工艺流程：常温常压下，分别在混合釜内调制双氧水、

10、不饱和酸及其衍生物（丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸甲酯）的混合水溶液及辅料水溶液（巯基乙醇、雕白粉和维生素 C 的混合溶液）由计量泵泵入高位槽暂存。在常温常压下，往合成釜中加入计量好的水和改性聚醚后，然后开动电机进行搅拌混合，开动蒸汽阀门往夹套内通入蒸汽，使物料温度升至603左右反应，加入双氧水溶液，然后通入不饱和酸及其衍生物混合水溶液和辅料（巯基乙醇、雕白粉和维生素 C 的混合溶液），加料时间约 3 小时，待投加完毕后，通入蒸汽保温1 小时，开动循环水冷却降温至40-50，加入 30%液碱中和，即得 I 型聚羧酸母液。聚羧酸母液车间合成釜共有四套（ I 型和 II 型通用），最多

11、可同时进行 4 个批次生产，单个批次生产含物料配置共约 10h，每批次约生产 17t ，则全年 I 型共生产 2000 批次。I 型聚羧酸母液化学示意图：I 型聚羧酸母液工艺流程图见图4.1-5。一、溶液配制1、双氧水配制30%双氧水水2、不饱和酸及其衍生物溶液配制丙烯酸丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸甲酯水3、辅料水溶液巯基乙醇雕白粉维生素 C水二、反应水改性聚醚30%双氧水不饱和酸溶液辅料水溶液30%液碱配制8%双氧水溶液Gu4-1：丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯不饱和酸及其衍生物水溶液：配制丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、水Gu4-2：巯基乙醇辅料水溶液：巯

12、基乙醇、雕白配制粉、维生素 C、水溶解聚合中和I 型聚羧酸母液图 4.1-5 I 型聚羧酸母液工艺流程及产污环节图2）II 型聚羧酸母液工艺流程：II 型聚羧酸母液与 I 型聚羧酸母液工艺路线类似，原料有所不同，且其反应条件是常温常压，不消耗蒸汽能源。工艺流程如下：分别在混合釜内调制双氧水、丙烯酸的水溶液及辅料水溶液（巯基乙酸、雕白粉和维生素C 的混合溶液）由计量泵泵入高位槽暂存。在常温 (环境温度 )常压下，往合成釜中加入经计量好的水和改性聚醚后，然后开动电机进行搅拌混合成透明水溶液，再加入双氧水溶液，搅拌5 分钟。然后加入丙烯酸水溶液和辅料（巯基乙酸、雕白粉和维生素C 的混合溶液），投加时

13、间 33.5 小时，最后加入 30%液碱中和，即得 II 型聚羧酸母液。聚羧酸母液车间合成釜共有四套（ I 型和 II 型通用），最多可同时进行4 个批次生产，单个批次生产含物料配置共约 10h，每批次约生产 15.4t ，则全年 II 型共生产 1000 批次。II 型聚羧酸母液工艺流程图见图 4.1-6。一、溶液配制1、双氧水配制30%双氧水水2、丙烯酸水溶液丙烯酸水3、辅料水溶液巯基乙酸雕白粉维生素 C水二、反应水溶解改性聚醚30%双氧水丙烯酸溶液聚合辅料水溶液配制8%双氧水溶液Gu5-1 ：丙烯酸配制25%丙烯酸水溶液Gu5-2 ：巯基乙酸辅料水溶液：巯基乙酸雕白粉配制维生素 C水30

14、%液碱中和II 型聚羧酸母液图 4.1-6 II 型聚羧酸母液工艺流程及产污环节图3）聚羧酸母液工艺流程：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 质量比混合而成。聚羧酸母液工艺流程图见图4.1-7。I 型聚羧酸母液II 型聚羧酸母液混合聚羧酸母液图 4.1-7 聚羧酸母液工艺流程及产污环节图聚羧酸水剂工艺流程聚羧酸水剂生产工艺过程是常温常压的物理混合过程，整个过程无化学反应过程，聚羧酸减水剂的主要原料为聚羧酸母液和复配添加剂（葡萄糖酸钠、松香热聚物引气剂、水等），经计量后，按一定顺序投入混合釜搅拌 2030min 后出料，即得到产品。聚羧酸减水剂工艺流程图见图

15、4.1-8。水松香热聚物引气剂葡萄糖酸钠聚羧酸母液复配 (内置搅拌 )聚羧酸减水剂图 4.1-8 聚羧酸减水剂工艺流程及产污环节图聚羧酸粉剂工艺流程1）聚羧酸干粉工艺流程将聚羧酸母液由送料泵泵入干燥塔顶高速旋转的雾化器，经雾化器分散成雾滴，与热风炉加热所产生的 220热空气瞬时接触蒸发浆料中的水份，产生的干粉随尾气进入装置自带的旋风分离器组，分离出干粉经下料仓通过卸料阀排出包装，含尘尾气经袋式除尘、水喷淋处理后达标排放。干燥工段流程示意见图4.1-9。母液图 4.1-9 喷雾干燥流程示意图聚羧酸干粉工艺流程图见图 4.1-10。聚羧酸母液雾化器G6-1：水、粉尘、丙烯酸甲旋分分离器组酯、丙烯酸

16、丁酯、甲基丙烯酸甲酯、巯基乙醇聚羧酸干粉图 4.1-10 聚羧酸干粉工艺流程及产污环节图2）聚羧酸粉剂工艺流程聚羧酸粉剂生产工艺过程是常温常压的物理混合过程，整个过程无化学反应过程，聚羧酸粉剂的主要原料为聚羧酸干粉和复配添加剂（木质素减水剂、萘系母液生产中产生的硫酸盐混渣、葡萄糖酸钠等） ，经计量后，按一定顺序投入搅拌釜搅拌 30min 后出料，即得到产品。聚羧酸粉剂工艺流程图见图4.1-11。木质素减水剂葡萄糖酸钠Gu7-1：粉尘硫酸盐混渣聚羧酸干粉复配 (内置搅拌 )聚羧酸粉剂图 4.1-11 聚羧酸粉剂工艺流程及产污环节图4.2 萘系产品生产工艺流程本项目萘系产品包括萘系减水剂及萘系粉剂

17、两种，合成路线见下图：萘、洗油、硫酸、甲醛等合成水松香热聚物引气剂萘系母液 (中间体 )葡萄糖酸钠干燥萘系干粉复配(中间体 )木质素减水剂复配葡萄糖酸钠萘系水剂萘系粉剂(产品 1)(产品 2)图 4.2-1萘系产品合成路线萘系母液工艺流程一、基础原理萘系高效减水剂的化学名称为的主要成分为萘磺酸盐甲醛缩合物，合成中的各反应如下：磺化反应一般用浓硫酸作为磺化剂，磺化的目的是使芳香核上的氢原子被磺酸基（-SO3）取代，从而生成萘磺酸。由于萘核上有8 个可取代的位置，其中，1、4、5、8 位称为 位， 2、3、6、 7 称为 位。在萘分子中由于有两个苯环相连，所以 位电子云密度更大些，相对于 位更活泼

18、。基于 位活性比 位大，萘在较低温度下磺化时反应产物主要是 -萘磺酸，但由于磺酸基的体积比较大，与异环 位上的氢原子在空间有相互干扰，因此 -萘磺酸比较不稳定，但在较低的磺化温度下， -萘磺酸的生成速度依然很快，因而在低温时逆反应并不明显， -萘磺酸生成后不易转变为其他化合物，所以在较低温度下仍可以得到 取代产物。当在较高温度下磺化时，先生成的 -萘磺酸也可发生显著的逆反应而仍转变成萘，即它的脱磺酸基反应的速度也增加，此外在较高温度下磺化时， -萘磺酸也容易生成，且由于不存在磺酸基与 -H 的空间干扰，因此它比 -萘磺酸更稳定，生成后又不容易脱去磺酸基，因此它是高温磺化时的主要产物。主反应：（

19、反应转化率为 90%）：RRH SO4H 2OR=H; CH 32SO 3H副反应：（参与副反应的量占总量的10%）：RRH2SO 4H2OR=H; CH3SO3H水解反应磺化为可逆反应，高温时-萘磺酸迅速生成， -萘磺酸同时生成，但高温时 -萘磺酸又易水解，而-萘磺酸水解缓慢，因此-萘磺酸就成为磺化反应的主要产物。由于产品需以-萘磺酸为原料，故需加水对-萘磺酸进行水解。RH2ORH2SO 4R=H; CH 3SO 3H缩合反应-萘磺酸在 H2SO4 催化作用下，与甲醛缩合成亚甲基多萘磺酸。RR RRn+2n+1 CH2OHCH2CH 2n+1 H 2OnHO3SHO3SHO 3SHO3S中和

20、反应缩合产物在一定条件下与NaOH 进行中和反应，同时，过量的、未反应的硫酸也被 NaOH、 Ca(OH)2 中和，控制pH 达 7-9 为止。RRRRRRCH2CH2n(n+2) NaOHCH2CH2 n(n+2)H2 OHO3SHO3SHO3SNaO3SNaO3SNaO3SH SO+ 2NaOHNa2SO4 + 2H2O24H2SO4 + Ca(OH)2CaSO4 + 2H2 O二、生产工艺简述A、熔萘工序在常温、常压下，将工业萘加入熔萘反应釜中，加热至8090使萘熔化，时间约 13 小时。B、磺化反应磺化反应过程：常压下往磺化反应釜内泵入熔融的萘和洗油后，开通夹套蒸汽加热，待温度上升至1

21、40150左右时，将计量槽中的浓硫酸缓慢加入磺化釜内进行磺化反应约1h（为防止硫酸产生热量使温度急速上升该过程需边加入边搅拌），该过程的温度为 160。反应过程中通过控制加酸速度，使料温平稳上升。C、水解、缩合反应水解、缩合反应过程：待磺化反应结束后，用压缩空气将其送至缩合反应釜，在常压下进行水解，夹套通入循环水冷却降温，温度维持110左右，水解时间约 0.5h，水解完毕后，继续通入循环水冷却降温，常压下将计量后的甲醛缓慢加入（投加时间约2 小时）缩合釜内进行缩合反应，温度控制在95，反应完成后夹套通入蒸汽保温，温度控制在105。D、中和反应在缩合反应后的产物放入中和池，加水稀释，冷却至70

22、80，加入30NaOH 溶液或 /和石灰水进行中和，将产品pH 值调整到中性或偏碱性的范围内 (pH=7 9)即可。E、分离过程：中和反应完毕后，泵入板式过滤机分离，滤液即是萘系母液，滤渣用作萘系粉剂复配的原料。萘系母液车间反应釜设备有两套，可同时进行 2 个批次生产，单个批次生产约 6h，则全年共有 2400批次，每批次约生产 27.5t。萘系母液生产工艺图见图4.2-2。萘熔化G8-1：萘洗油磺化G8-2：硫酸雾、萘98%浓硫酸水水解37%甲醛缩合G8-3：硫酸雾、甲醛30%液碱中和G8-4：甲醛氧化钙、水废渣 S8-1：硫酸钙、水、压滤硫酸钠萘系母液图 4.2-2 萘系母液工艺流程及产污

23、环节图注：若生产低浓萘系减水，直接加液碱中和即得母液，不需压滤；生产高浓减水剂时，用石灰乳中和后，需压滤。萘系减水剂工艺流程萘系减水剂工艺过程是常温常压的物理混合过程，整个过程无化学反应过程，萘系减水剂的主要原料为萘系母液和复配添加剂（葡萄糖酸钠、松香热聚物引气剂、水等），经计量后，按一定顺序投入混合釜搅拌 2050min 后出料，即得到产品。萘系减水剂工艺流程图见图4.2-3。水松香热聚物引气剂葡萄糖酸钠萘系母液复配 (内置搅拌 )萘系减水剂图 4.2-3 萘系减水剂工艺流程及产污环节图萘系粉剂工艺流程1）萘系干粉工艺流程将萘系母液由送料泵泵入干燥塔顶高速旋转的雾化器，经雾化器分散成雾滴，与

24、热风炉加热所产生的 220热空气瞬时接触蒸发浆料中的水份，产生的干粉随尾气进入装置自带的旋风分离器组，分离出干粉经下料仓通过卸料阀排出包装，含尘尾气经袋式除尘、水喷淋后达标排放。萘系干粉工艺流程图见图4.2-4。萘系母液雾化器旋分分离器组G9-1：水、粉尘、甲醛萘系干粉图 4.2-4 萘系干粉工艺流程及产污环节图2）萘系粉剂工艺流程萘系粉剂生产工艺过程是常温常压的物理混合过程，整个过程无化学反应过程，萘系粉剂的主要原料为萘系干粉和复配添加剂（木质素减水剂、葡萄糖酸钠等），经计量后，按一定顺序投入搅拌釜搅拌 30min 后出料，即得到产品。萘系粉剂工艺流程图见图4.2-5。木质素减水剂Gu10-

25、1：粉尘葡萄糖酸钠萘系干粉复配 (内置搅拌 )萘系粉剂图 4.2-5 萘系粉剂工艺流程及产污环节图4.3 脂肪族产品生产工艺流程脂肪族母液工艺流程一、基础原理水解反应亚硫酸钠与水反应，生成氢氧化钠和亚硫酸氢钠。Na2SO3 + H 2ONaHSO3 + NaOH磺化反应丙酮与亚硫酸氢钠反应生成羟基磺酸钠。33+NaHSO3(CH 3)2C(OH)SO 3NaCH COCH羟醛缩合甲醛与丙酮发生羟醛缩合反应。 CH3COCH 3 + 2HCHOHOCH2222OHCHCOCH CH加热 n HO CH2CH 2COCH 2CH2 OHHO2222nHCH CH COCH CH O缩合反应羟基磺酸

26、钠与甲醛丙酮缩合物反应得到脂肪族缩聚物。OH CH 2CH 2COCH 2CH 2On H + 2(CH 3)C(OH)SO 3-(CH 3)C(SO3-) O CH 2CH 2COCH 2CH2On C(SO3- )C(CH 3) 2 + H 2O二、生产工艺简述在常压下，首先向反应釜内计量加入水，开动搅拌电机投入亚硫酸钠，待溶化后打开阀门计量加入丙酮，开启循环冷却水，控制温度不超过45，投加时间约为 30min，然后投加甲醛，该反应放热，调节循环水用量，控制釜内温度不超过 50，投加时间约为3h。甲醛投加完毕后，尽量恒温在75保温搅拌反应 2h，加入剩余水，降温至50以下，取样检验合格后，送至罐区。脂肪族母液车间有反应釜四套，与氨基磺酸盐系共用，可最多同时进行4个批次生产，脂肪族母液年生产时间 6480h，每批次生产用时约 10.5h，全年生产 2500批次，每批次产量约为 16t。脂肪族母液生产工艺流程图见图 4.3-1。水水解98%亚硫酸钠98%丙酮磺化G11-1：丙酮37%甲醛羟醛缩合G11-2：甲醛水缩聚反应脂肪族母液图 4.3-1 脂肪族母液工艺流程及产污环节图脂肪族减水剂工艺流程脂肪族减水