第３５卷第３期 ２００５年６月 日用化学工业 Ｃｈｉｎａ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ Ｄｅｔｅｒ￣ｅｎｔ＆Ｃｏｓｍｅｔｉｃｓ Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ ２０Ｄ５
国产双膜磺化反应器的改进及应用
周耀谦，周呜方，肖林生
（上海白猫有限公司，上海２００２３１）
摘要：介绍了国内自主开发的第一台双膜磺化反应器结构特点以及在长期使用过程中反映出的问题；重点
阐述了近年来针对有机原料分布结构、ｓ 气体分布结构和确保内外膜同心度结构等问题，进行的试验研
究及改进设计；还详细介绍了反应器制造过程中的 ［艺研究和改进。最后，对反应器改进前后的性能和磺
化产品的质量进行了对比。
关键词：国产双膜磺化器；结构改进；制造工艺；性能对比
中图分类号：ＴＱ６４９．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—１８０３（２００５）０３—０２０４—０３
２０世纪７０年代，由当时的上海合成洗涤剂厂和
轻工业部所属的北京轻工业设计院、轻ｊ二业部日用化
学工业研究所、轻工业部安阳轻工机械研究所四单位
组成了ｓ０ 磺化技术及装备的攻关组，经多年努力，
于７０年代末在上海合成洗涤剂厂建成国内第一套ｓ０
磺化装置，生产能力为０．８ ｔ／ｈ，并于１９８０年正式投
入生产。
这套装置中的关键设备——磺化反应器采用双降
膜式结构。反应器的设计经历了小试、中试的过程，
在应用于生产的反应器设计和精加工方面投入了大量
精力，制成的反应器在整套ＳＯ 磺化装置中发挥了十
分重要的作用。生产的烷基苯磺酸与当时普遍采用的
烟酸磺化工艺生产的磺酸相比，其磺酸含量、硫酸含
量、游离油含量和色泽等主要质量指标均有很大的改
善，生产成本也下降。这对当时上海合成洗涤剂厂洗
涤剂产品的质量，尤其是液体洗涤剂产品质量的提高
起到很大的促进作用。 某些磺化反应速度特别快的产品（如ＡＯＳ），保护风可
缓解反应器头部过快的反应速度，有利于控制反应的
相对均匀性。
（３）采用多孔式有机物分布器。结构比较简单，
要取得均匀的分布效果，应做到分布孔直径小、数量
多且排列整齐，加工很费时。
２双膜式磺化反应器的设计改进
为适应生产发展需求，上海白猫公司在１９８８年
建成一套２．０ ｔ／ｈ、１９９２年建成两套１．２ ｔ／ｈ的ＳＯ３磺
化装置。原则上采用国内自主开发的第一套磺化装置
技术，反应器除生产能力放大以外，基本结构未作改
变。多年来，白猫公司对４套国产磺化装置在配套设
备和自动控制方面陆续作了许多改进，生产的稳定性
大为提高。但由于关键设备——磺化反应器２０余年
来未作重大改进，磺化产品的质量提高不多，这就是
导致重新研究和改进磺化反应器的直接原因。
１ 双膜式磺化反应器的结构特点 ２．１有机物分布器的改进
国际上，双膜式磺化反应器开发早、影响较大的
公司是美国的Ｃｈｅｍｉｔｈｏｎ公司，与该公司的反应器比
较，国产双膜反应器有以下特点。
（１）双膜问的环隙比较大。这一特点使ｓ０３混合
气体的扩散距离较大，反应强度降低，因而需要增加
反应环隙的长度来平衡ｌ１，２］。在相同生产能力的前提
下，国产反应器尺寸相对大些，但这增加了反应器的
冷却面积，对生产冷却负荷大的产品而言这一特点是
有利的。
（２）反应器头部有专门的ＳＯ３分布器和保护风通
道。在反应器头部区域，磺化反应最激烈。对于生产 无论双膜式反应器或多管式反应器，有机物沿反
应面的均匀分布是影响反应器性能的最关键也是最困
难的问题ｌ３』。为准确评价有机物分布器的分布性能，
首先设计制作了一台有机物分布器性能测试台，这一
测试台对随后的开发和改进工作起到了重要的作用。
对原有多孔式有机物分布器在测试台上测试，发
现其分布均匀性较差，最大和最小质量流量与平均质
量流量的差别在１２％左右。原因是：小孔沿分布器
出料圆弧面不可能是连续的。孔径小孔数多分布性能
相对好些，但加工费时多，钻孔难度大。孔径如稍
大，虽钻孔容易些，但分布阻力太小，分布效果差，
收稿日期：２００４—１２～０９；修回日期：２００５—０１—２７ 作者简介：周耀谦（１９４３一），男（汉），教授级高Ｔ，联系电话：（０２１）５４０９６５０５。
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维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 旦 等：国产双膜磺化反应器的改进及应用
如果减少孔数，连续性又达不到要求。所以认为多孔
式结构要达到良好的分布性能是很困难的。
新型的有机物分布器采用组合式两级分布结构，
这种结构的分布器选择合理的流道尺寸很重要。经过
对结构尺寸的反复试验修正对加工方法的不断改进，
通过测试台反映出的分布性能越来越好；通过对内膜
及外膜有机物分布器各６ｏ点（均布）流量的测定，最大
和最小质量流量与平均质量的差别都小于１．６％。与
多孔式分布器相比，有机物分布的均匀性提高了一大
步 产与
中，对加工人员的技术水平、机床的精度及采用的刀
具都进行了认真的选择。机械粗加工完成后测量分布
器各零件，尺寸及形位公差都完全达到设计要求。如
上所述，经测试台测试，分布最大质量流量误差在
±１．６％以内。
在目前机械加工精度无法再进一步提高的情况
下，根据流量沿圆周的分布曲线，由机械技师对流量
较小的区域进行修正，之后再进行分布性能测试，直
到流量误差无法再降低为止。这样，分布器的性能又
有令人满意的提高。
２．２气体分布器的结构简化 ３．２ 内膜和外膜制造工艺的改进
ＳＯ３混合体在反应器头部沿内、外膜问圆环形截
面的均匀分布，同样是确保反应器性能的重要环节。
为延缓反应器头部的反应强度，白猫公司原有反应器
头部设有内外膜保护风通道，为此设计了ＳＯ３混合气
体分布的专用部件。
通过多年的生产实践，逐步意识到内外膜保护风
并非必不可少，因保护风而设置的ｓ０ 气体分布器结
构复杂，制造困难，而且气相阻力大。在这次改进
中，取消了保护风通道和结构复杂的气体分布器，
ＳＯ３气体的分布依靠内、外膜顶部密封罩形成的圆环
形通道来实现。这样的改动使反应器头部的结构大大
简化，对反应器的制造、装配和维护都带来很大好
处，磺化反应器的气相阻力也明显降低。
２．３确保内外膜同心度的结构设计
双膜式反应器最主要的两部件是内膜和外膜。内
膜和外膜两大部件（包括各自顶部的密封罩）装配后形
成的贯穿反应器上下的圆环形通道，是ＳＯ３气体分布
和进行磺化反应的区域，必须确保形成圆环形通道的
内外壁垂直，环形截面各处宽度一致。要做到这一
点，除设备加工良好外，严格保证内外膜由下至上的
全程同心度是至关重要的。
在反应器的改进设计中，在头部增设定位结构，
能使内、外膜在安装完毕后自下而上的同心度非常
高，而且不影响ＳＯ３气体的正常流动和均匀分布，这
给反应器的准确安装和调试带来很大方便。
３反应器制造工艺的研究改进
３．１有机物分布器制造工艺研究
为确保有机物分布器的良好性能，在制造中对表
面粗糙度和尺寸的准确度要求非常高，为此对车、磨
和铣各加工工序制定了严格的工艺措施。在加工过程 与有机物分布器一样，内膜和外膜反应面的加工
光洁度和形位公差要求都很高。这两个部件尺寸较
大，结构复杂，加工难度相当大。
反应面研磨技术改进：内膜和外膜在车床精加工
完成后，在大型号的车床上，用专门设计和制作的辅
助设施来进行内膜反应面的研磨加工。这一加工工艺
以前已采用过，效果很好。这次仍然采用该工艺，但
在研磨剂的选择和组合应用方面作了改进，研磨的反
应面，镜面效果更加明显。
提高胚件制作质量：在内外膜的胚件制作方面，
专门设计了胚件制造图，详细标明尺寸、形位公差及
焊接要求。使得内外膜精加工完成后，内膜的外筒和
外膜的内筒壁厚都很均匀，这样在使用过程中能确保
散热均匀，也保证长期使用后内外膜反应面不变形。
强化冷却效果：内膜和外膜反应面的另一侧，均
设有冷却水夹套。为强化冷却效果，在冷却水进出口
之问的圆环形通道内，设置螺旋型的导流环。以前导
流制作的形状不够准确，冷却水在圆环形通道内流动
易短路，冷却效果受影响。这次使用专用工具，将螺
旋导流环的形状制作得非常规范。同时，形成冷水夹
套的两简体形位公差都严格控制，这样大多数冷却水
沿螺旋导流环和夹套之问形成的通道流动，提高了流
速，强化了冷却效果，还确保了冷却的均匀性。
３．３制造装配精度提高
反应器自下而上由多个同中心线的部件串接装配
而成，为了减少装配过程中产生的累积同心度误差，
在设计和制造中，对各零部件之问的配合尺寸公差和
相应的表面光洁度要求，用加工技术人员的话来形
容——达到“苛刻”的程度。正是在这方面作出艰苦
的努力，大大减少了多个部件串接装配的累积同心度
误差，确保气相分布区和磺化反应区环形通道的精准
性，这对提高反应器的性能是必不可少的。
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维普资讯 http://www.cqvip.com 与 日 用 化 学 工 业 第３５卷
４改进后反应器的应用情况
（１）产品质量提高。反应器改进前，白猫公司生
产的烷基苯磺酸质量指标总是在一级品和二级品之间
徘徊，ＡＥＳ的质量指标在优等品与一级品之间。使用
改进后的反应器，烷基苯磺酸的质量，除磺酸质量分
数不小于９７％这一指标外（国内所有的磺化装置生产
的烷基苯磺酸都很难真正达到９７．０％这一指标），其
余指标都能稳定地达到优级品标准。ＡＥＳ的质量指标
也稳定地达到优级品的要求。
（２）反应器的气相阻力降低。产量正常时，原有
的反应器头部ｓ０ 气体进Ｈ压力为６５ ｋＰａ～７０ ｋＰａ。
反应器尾气出口压力为６ ｋＰａ，反应器的气相阻力在
５９ ｋＰａ～６４ ｋＰａ内。更换新反应器后，在产量和ＳＯ
气浓相同的前提下，气体进口压力为４０ ｋＰａ～４５ ｋＰａ，
尾气出口压力仍然为６ ｋＰａ，反应器气相阻力降低到
３４ ｋＰａ～３９ ｋＰａ，比原有反应器降低了２５ ｋＰａ左右。
改善了设备的使用条件，也降低了电力消耗。
（３）反应器清洗周期延长。生产烷基苯磺酸容易 使反应器头部结焦，结焦后必须停车清洗，以恢复反
应器的性能。原有反应器在生产烷基苯磺酸时，清洗
周期为５ ｄ～７ ｄ。新反应器的清洗周期延长到１５ ｄ以
上。这对生产的稳定、产品平均质量的提高和能耗的
降低都有很大好处。
近年来，上海白猫有限公司在双膜式磺化反应器
和磺化配套装置的改进方面，在操作技术和装备维护
技术的提高方面做了大量工作，取得了较好成绩。在
这段时间里，国内众多磺化技术装备开发设计单位及
磺化产品生产企业，在各自的领域内同样都取得了令
人鼓舞的成果。磺化装备和生产技术正在快速而健康
地向前发展。
参考文献：
ｆ １］朱德康．双膜式 氧化硫磺化传质系数计算的探讨［Ｊ］．日用化学
业，１９９１（１）：１—８．
［２］朱德康．双膜磺化反应器反应高度的计算［Ｊ］．日用化学工业，
１９９３（６）：１—５．
［３］Ｗ ＨＥＲＭＡＮ ＤＥ ＧＲＯＯＴ．工业磺化／硫酸化生产技术［Ｍ］．北京：
中国轻工 出版社，１９９３．１５９，１６９．
Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｏｕｂｌｅ ｆｉｌｍ ｓｕｌｆｏｎａｔｉｏｎ
ｒｅａｃｔｏｒ ｍａｄｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ
ＺＨＯＵ Ｙａｏ—ｑｉａｎ，ＺＨＯＵ Ｍｉｎｇ—ｆａｎｇ，ＸＩＡ０ Ｌｉｎ—ｓｈｅｎｇ
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《１３用化学工业》投稿简则
《日用化学工业》是国内外公开发行的“全国中文核心期刊”、“中国科技核心期刊”，主要报道表面活性剂、洗涤用品（包
括洗涤剂、皮肤清洁剂、洗发香波及肥香皂等）及其专用助剂、个人护理用品（包括各类化妆品和口腔卫生用品等）及其专用
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关键词：３个～８个。
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