高取代羟乙基纤维素醚生产新工艺讲解

高取代羟乙基纤维素醚生产新工艺一．任务提出的目的和意义

以农产品棉花为主要原料的纤维素醚产业是个蓬勃发展的产业。随着新世纪石油及合成化工原料的紧缺和价格持续上涨，以及全世界对环境污染问题的日趋重视，价廉物丰、可生物降解、无毒、生物相容性好的可再生纤维素资源及其衍生物日益受到世人的青睐，其开发和应用成为一项重要的研究课题。

羟乙基纤维素是纤维素醚中的一个具有较长使用历史的品种，目前在乳胶漆、油田、化妆品等工业生产领域，均有广泛的应用。随着经济发展和社会进步，人们对羟乙基纤维素的需求量逐年增加，对应用性能的要求也越来越高，而且市场上常规的羟乙基纤维素只在一个方面具有理想的性能，比如耐盐、抗温、抗酶、良好的流变性或抗溅性等，而在综合性能上有所欠缺，因此高性能新产品的开发迫在眉睫。

羟乙基纤维素是世界范围内生产的一种水溶性纤维素醚，产量大、发展迅速，是仅次于CMC和HPMC的重要纤维素醚品种，据不完全统计，1978年世界产量18000吨；1983年50000吨，我国1977年才开始生产。羟乙基纤维素可溶解在冷、热水中，使它具有更大范围的溶解性和黏度特性。作为非离子型醚，羟乙基纤维素具有非离子型醚的一切特征，不与带正、负电荷离子作用，活性少，在大范围内的水溶性聚合物、表面活性剂、盐等共

存，使其广泛作为增稠、流动调节剂、保护胶、稳定剂、保水剂、黏结剂等，应用于乳胶漆、医药、石油开采等行业。

本项目开发的新型羟乙基纤维素是在新工艺下，通过产学研结合，自主研发、制备、生产与推广的高取代羟乙基纤维素醚生产新工艺。与传统的羟乙基纤维素相比，该产品具有成本低、综合性能优良、应用广泛、易推广的显著特点。

基于对普通的羟乙基纤维素的工艺改进，该项目一方面提高了产品的取代度，另一方面采取一次碱化多次醚化工艺，反应过程均匀缓和，羟乙氧基在纤维素分子上的分布均匀，所以产品受生物攻击的缺陷得以弥补，使其抗酶性能大大改进。而且，通过此工艺，可以大大降低羟乙基纤维素的成本，其他性能也有相应的提高。例如其在乳胶漆中应用时，其粘稠性、流平性、抗流挂性、喷溅性、颜料性能以及生物稳定性等都能够得到大幅的提升。

二．研制过程

由于反应机理的特殊性，羟乙基纤维素产品醚化的均匀性总不是很理想，导致取代度较低，不稳定。而通过改变生产工艺，除了可以提高羟乙基纤维素的得率，降低羟乙基纤维素的成本，还可以大大提高产品的抗酶性、耐盐性等。

现有的专利中，有采用多次碱化和醚化，多次中和的反应工艺生产出高取代的产品，这种工艺可以达到较高的取代度，但由于多次的碱化、醚化、中和循环，使产品的反应过程冗长拖沓，不但反应取代出现峰高谷低现象，更使产品分子明显降解，粘度大大降低，因此这种工艺至今仍未得到实际应用。

现有专利工艺流程图

制备羟乙基纤维素的主反应过程如下：

主要的副反应为

确定的生产工艺流程如下：

本项目采用的工艺方法为：

投入物料配比为:精制棉：混合溶剂：醚化剂：碱=1:5~15:0.5~1:0.3~0.8,反应过程温度为10~65℃,反应过程压力为-0.09~1.5Mpa，反应时间控制在4~6h。

反应结束后，回收未反应完毕的醚化剂，采用醋酸中和，pH调整至5.5~6.5。

物料离心出料，固液分离，溶剂进入精馏塔进行蒸馏分离，物料进入气提机，稀释剂与固体分离，物料进入气流机

烘干后粉碎包装。

确定生产工艺后，进行了实验：

精制棉：混合溶剂：醚化剂：碱=1:8:0.5:0.5, 反应过程温度为10~50℃,反应过程压力为-0.09~1.5Mpa，反应时间控制在4~5h。

反应结束后，回收未反应完毕的醚化剂，采用醋酸中和，pH调整至5.5~6.5。

物料离心出料，固液分离，溶剂进入精馏塔进行蒸馏分离，物料进入气提机，稀释剂与固体分离，物料进入气流机烘干、粉碎、包装。

三．本工艺的关键技术点和创新点：

（1）采用稀释剂直接分离回收的纤维素醚生产工艺，在降低氢氧化钠用量的同时，也降低了醋酸的用量。从而使整体消耗大幅降低，同时也减少了反应副产物盐的产生量，降低了生产成本，又减少了废物产生。

(2)通过一次碱化、重复醚化、一步中和工艺，将羟乙基纤维素醚产品的取代度提高到2.0以上，产品具有更好的取代均匀度，更好的粘度特性和更好的抗酶性。

（3）产品有了更好的取代均匀度，更好的粘度特性，产品的抗酶变能力、抗盐性和耐温性都普遍高于普通产品，所以能够适应更加广泛或更加特殊的使用环境。

四、主要的生产设备

五．项目的物料平衡图

六.项目的环保情况

反应结束后，未反应完的醚化剂与物料分离后，经过蒸馏回收进行重复利用，使得生产过程减少了废气的排放问题，减少了环境的危害，同时降低了生产成本。洗涤时产生的废水、废盐经公司的“四效”蒸发水处理系统进行蒸发处理，达到盐水分离的目的。蒸馏出的废水进入公司污水站，处理后的污水达到国家三级排放标准，污水排入镇污水处理厂。

七.国内同类技术的对比情况

1.技术先进、国内首创

本项目开发的新型羟乙基纤维素产品，利用独到的“稀释剂直接分离回收的纤维素醚生产工艺”，在溶剂回收、温度控制、加料方式和纯化技术等环节都进行严格程序要求，是得到高取代度及均匀性好纤维素醚新产品的关键。

2.产品性能优良

本项目开发的纤维素醚产品，综合各反应试剂的化学活性，使得产品的取代度较高，同时产品增稠、粘度升高、抗温、抗酶性得以提升。

3.成本降低

由于醚化效率高，产品得率高，单位原材料可以通过该工艺

生产得到更多产品，因此该产品生产成本低于传统产品。

八.开发前景

由于具有良好的水溶性、无凝胶点等优良特性，羟乙基纤维素在许多领域中应用广泛。本品提高了羟乙基纤维素醚的取代度，改善了产品羟乙氧基的取代均匀度，在催化保护胶体聚合的过程中可发挥最佳的效果;在控制聚合物粒子的增长,稳定胶乳性能及耐低温与高温,抗机械剪切中,HEC均可发挥最佳的效果.在胶乳的聚合反应过程中，HEC可保护胶体的浓度于一个临界范围内,并控制聚合物粒子大小及参加反应基团的自由度。另一方面，本品具有较高的取代度及良好的取代均匀度，产品综合性能较好，在石油开采中的热稳定性提高，从而减少了由于水解而导致的粘度剧降，使其在该方面的应用性能得到提高。

九.技术中存在的问题和改进意见

在生产的过程中，我们也遇到了一个技术问题，就是产品的取代度的增大，产品的粘度指标受到一定的影响，生产高粘度的产品时，较之前粘度大约降低了5~8%，而生产其他规格产品时，均正常。

针对此问题，我们目前正从生产方面进一步寻找原因，以期尽快解决，完善产品规格。