شیمی سولفاتاسیون

واکنش سولفات کردن الکل های چرب

تری اکسید گوگرد

تری اکسید گوگرد SO₃ یک عامل الکترون دوست با تمایل واکنشگری شدید است و با هر ماده آلی که یک زوج الکترون داشته باشد واکنش می دهد. سولفاتاسیون با SO₃ خالص بسیار سریع و گرمازا است. به همین علت قبل از واکنش، SO₃ باید با هوای خشک رقیق شود.

مقایسه سولفوناسیون و سولفاتاسیون

شباهت:

در هر دو فرایند، SO₃ با یک ملکول آلی واکنش می دهد.

تفاوت ها:

• در سولفاته کردن: پیوند نا پایدار C-O-S تشکیل می شود.
• در سولفونه کردن: پیوند پایدار C-S تشکیل می گردد.

سولفاته کردن الکل های اتوکسیله

سورفکتانت اصلی شامپو آلکیل اتر سولفات است که از سولفاته کردن الکل های اتوکسیله و متعاقباً خنثی سازی محصول واکنش زیر به دست می آید.

نسبت مولی SO₃ به خوراک ارگانیک بسیار اهمیت دارد. 1,4-Dioxane محصول جانبی نامطلوب فرایند سولفاته کردن الکل های چرب اتوکسیله است در اثر عدم رعایت نسبت مولی SO₃ به خوراک ارگانیک، تشکیل می شود.
شکل زیر نشان می دهد که اگر این نسبت مولی، اندکی از عدد ۱/۰۳ (نقطه بحرانی) عبور کند غلظت 1,4-Dioxane به صورت تصاعدی افزایش خواهد یافت.

بهترین نسبت مولی SO₃ به خوراک ارگانیک عدد ۱ است.

• اگر این نسبت کمتر از ۱ باشد: غلظت ماده سولفاته نشده (روغن آزاد) افزایش می یابد.
• اگر این نسبت بیش از ۱ باشد: غلظت 1,4-Dioxane افزایش می یابد.

راکتور

راکتور مورد استفاده در این واحد از نوع thin film reactor است به این صورت که جریان گاز SO3 پس ز عبور از نازل وارد لوله هایی می شود که جریان organic به صورت فیلمی از جداره آن در حال افتادن است (پایین آمن)، جریان های SO3 و organic به صورت co-current است و به دلیل اختلاف غلظت بالاتر در قسمتهای اولیه راکتور در 20 سانت اول حدود 70 درصد واکنش صورت می گیرد و بقیه واکنش در 2 متر باقی مانده انجام می شود.
Organic عبارت است از LAB و یا یک الکل اتوکسیله چرب (etoxylated fatty alcohol) که در خلال فرایند سولفوناسیون به detergent تبدیل می شود. تعدادی از این لوله ها به صورت موازی قرار گرفته به طوری که در مجموع یک راکتور plug را به منظور عمل سولفوناسیون مهیا می کند.

تولید تگزاپون

طراحی عمده راکتور مربوط به بخش فوقانی آن یعنی قسمت پخش کننده مواد (organic، Air و SO3) است بطوریکه اگر این قسمت نبود مثلاً Air جریان LAB را در ابتدای راکتور به جلو نمی راند، راه عبور مواد در حال ابتدای راکتور بسته می شد. پس ملاحظه می شود علاوه بر سینتیک و شیمر که در قسمت طراحی قطر و طول مناسب برای قسمت داخلی راکتور لازم است طراحی راکتور شامل طراحی مکانیکی و عملیاتی واحد هم می شود. دو راکتور مشابه به صورت موازی جریان organic را که می تواند lAB یا AE باشد سولفونه می کند. خروجی راکتورها که از دو لوله شیشه ای به منظور دیدن محصول خروجی عبور می کند، حاوی هوای معلق هستند که همراه گاز SO3 وارد شده است، این دو جریان توسط پمپ به یکدیگر join شده و وارد یک تانک همزن دار با دور پایین (60rpm) می شود. در این قسمت بقیه واکنش های SO3 با organic ?? نجام می شود و مثلاً درجه تبدیل از 96% به 99% می رسد. در ضمن هوای وارد شده اضافی گرفته می شود. در حالتی که محصول AES باشد باید فوراً به مرحله خنثی سازی برود، جریان NaOH و یا TEA از تانک ذخیره وارد جریان AES می شود و توسط پمپهایی با شکل بخصوص Mix شده خنثی سازی صورت می گیرد. در طی این عمل خمیر تگزاپون (کیمیاپون) با ویسکوزیته بالا و غلظت 70 درصد با فشار پمپ ساخته شده به جلو رانده می شود. تگزاپول تولید شده می تواند بسته بندی شود و یا به مرحله رقیق سازی برود. تگزاپون قبل از فرستاده شدن به مراحل بعدی باید توسط vacuum هواگیری شود.

رقیق سازی تگزاپون:

از آنجا که تگزاپون رفتار pseudo-plastic از خود نشان می دهد یعنی منحنی µ بر حسب غلظت در آن به صورت زیر تغییر می کند، اگر به صورت نامناسب رقیق شود در غلظت 50% تشکیل ژل خواهد داد طوری که پره همزن نخواهد چرخید گیر خواهد کرد. لذا شرایط عملیاتی بخصوصی باید مدنظر قرار گیرد:
1- تگزاپون باید به آب اضافه شود. نه آب به تگزاپون.
2- تگزاپون در دمایی به آب اضافه شود که حلالیتش در آب بالاست.
3- دور همزن باید به صورتی باشد که تگزاپون را زود حل کند.
4- flow تگزاپون باید به صورتی باشد که یک دفعه زیاد نشود تا غلظت در محدوده 35 تا 60 درصد رود. باید کم کم اضافه شود تا به حوالی 27 درصد برسیم.

چرا تگزاپون رقیق سازی می شود؟

از آنجا که تگزاپون برای به کارگیری در شامپو باید به آب زده شود اگر در مرحله اضافه کردن تما مواد با هم زده شود، مشکلاتی از قبیل تشکیل ژل و .... بوجود خواهد آمد. لذا باید قسمتی از آب مورد نظر در خود واحد سولفوناسیون به تگزاپون زده شود.

حساسیت فرایند سولفوناسیون:

برای به دست آوردن اسید سولفونیپک با خواص مطلوب و تگزاپون با کیفیت بالا باید شرایط عملکرد دقیق باشد. اولاً: LAB خوراک باید از نوع سبک باشد (C10 – C13) زیرا در صورت استفاده از LAB سنگین (C11 – C14) رنگ اسید به دست آمده تیره خواهد شد .
میزان اسید سولفوریک: میزان اسید سولفوریک باید زیاد نباشد وگرنه رنگ فراورده تیره خواهد شد. (حد مجاز = 1%)