一種用微通道反應(yīng)器合成環(huán)氧脂肪酸甲酯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)氧脂肪酸甲酯的合成方法，特別涉及一種用微通道反應(yīng)器合成環(huán)氧脂肪酸甲酯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)氧脂肪酸甲酯由于具有可生物降解、環(huán)境污染小等特性可用作新型的環(huán)保類增塑劑，它可以有效地替代鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸二丁酯，而且環(huán)氧脂肪酸甲酯與PVC相容性好，能均勻分散在PVC體系內(nèi)，用環(huán)氧脂肪酸甲酯增塑劑制造出的無毒、環(huán)保的PVC產(chǎn)品，可廣泛用于食品包裝、醫(yī)療用品材料、玩具和供水管道等。此外，其還具有良好的潤滑性、相容性和分散性性能，還可用作表面活性劑和分散劑，應(yīng)用于環(huán)氧涂料和環(huán)氧樹脂等生產(chǎn)行業(yè)。
[0003]由于植物油具有可再生、可生物降解、環(huán)境污染小等特性，同時又具有低揮發(fā)性、高粘度指數(shù)以及優(yōu)良的潤滑性能等性質(zhì)。因此，植物油被認(rèn)為是最具潛在價值的環(huán)境友好型潤滑油基礎(chǔ)油。而植物油中三酯結(jié)構(gòu)中的脂肪酸主要為14?22個碳不等的不飽和脂肪酸，不飽和鍵的存在使得其氧化穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差，限制了其實際應(yīng)用。植物油分子結(jié)構(gòu)中容易受攻擊的部位主要是雙鍵、甘油酯基、丙烯基碳等，可通過化學(xué)改性來改善其不足之處，其中環(huán)氧化反應(yīng)可以極大地降低植物油不飽和度，提高氧化穩(wěn)定性。
[0004]目前環(huán)氧脂肪酸甲酯的合成主要是無溶劑法硫酸催化，反應(yīng)在常規(guī)的間歇反應(yīng)釜中進(jìn)行。這種方法存在反應(yīng)時間長、生產(chǎn)過程不安全、設(shè)備及自控水平低不能連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)操作繁瑣等缺點。
[0005]微通道反應(yīng)器是一種內(nèi)部尺寸在幾十到幾百微米的連續(xù)流動的管道式反應(yīng)器，其通道尺寸小，具有較好的傳質(zhì)和傳熱性能，而且高度集成、安全性能高、反應(yīng)操作簡單、易于放大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有間歇反應(yīng)器生產(chǎn)環(huán)氧脂肪酸甲酯存在的反應(yīng)時間長、不能連續(xù)生產(chǎn)、安全性能低等問題，提供一種高效安全的環(huán)氧脂肪酸甲酯合成方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]—種用微通道反應(yīng)器合成環(huán)氧脂肪酸甲酯的方法，將甲酸、過氧化氫、催化劑濃硫酸與穩(wěn)定劑H)TA-2Na混合，得到混合液；將混合液和脂肪酸甲酯分別從兩個進(jìn)樣口加入到微通道反應(yīng)器中，保持反應(yīng)時間lOmin?22min，在60°C?80°C下進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)，將得到的產(chǎn)物經(jīng)分層、洗滌處理，得到環(huán)氧脂肪酸甲酯；
[0009]其中，甲酸與脂肪酸甲酯中的雙鍵數(shù)目摩爾比為(6?9):1 ;過氧化氫與脂肪酸甲酯中的雙鍵數(shù)目摩爾比為(6?9):1 ;穩(wěn)定劑EDTA-2Na占混合液質(zhì)量的0?2% ;催化劑濃硫酸占混合液的質(zhì)量的2?4%。
[0010]所述甲酸的質(zhì)量濃度為85%。
[0011]所述過氧化氫的質(zhì)量濃度為30%。
[0012]所述催化劑濃硫酸的質(zhì)量濃度為98 %。
[0013]所述微通道反應(yīng)器包括微混合部分、油浴罐、高溫油栗、導(dǎo)熱油加熱爐、兩個柱塞式計量栗、導(dǎo)熱油管道、微通道；所述微通道設(shè)于油浴罐內(nèi)，浸在導(dǎo)熱油中；所述導(dǎo)熱油加熱爐通過高溫油栗、導(dǎo)熱油管道與油浴罐相連通，用于控制油浴罐中導(dǎo)熱油的溫度；
[0014]混合液和脂肪酸甲酯別通過兩個柱塞式計量栗的進(jìn)樣口進(jìn)入微混合部分，在微混合部分進(jìn)行混合，混合之后的流體在微通道中進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)，產(chǎn)品從微通道的出樣口收集;
[0015]所述導(dǎo)熱油加熱爐通過高溫油栗、導(dǎo)熱油管道與油浴罐相連通，用于控制油浴罐的溫度。
[0016]所述微通道的管徑為0.25?5mm。
[0017]所述將得到的產(chǎn)物經(jīng)分層、洗滌處理，具體為:
[0018]將得到的產(chǎn)物在分液漏斗中進(jìn)行分離，上層油相先用5%的碳酸氫鈉溶液進(jìn)行洗滌，接著用熱水水洗，最后用5%的氯化鈉溶液洗滌至中性；在90°(:下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)抽真空除去水分。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0020](1)本發(fā)明采用微通道反應(yīng)器合成環(huán)氧脂肪酸甲酯能夠大大縮短反應(yīng)時間，可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)和工藝的自控，生產(chǎn)高效安全，并且降低能耗。
[0021](2))采用本發(fā)明的方法得到的產(chǎn)品在保證較高環(huán)氧值的情況下，反應(yīng)時間大大縮短在22min以內(nèi)。
[0022](3)本發(fā)明的方法加入了穩(wěn)定劑EDTA_2Na，增加了過氧化氫和過氧酸的穩(wěn)定性，得到的環(huán)氧脂肪酸甲酯具有更高的環(huán)氧值，具有較好的工業(yè)前景。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的實施例的微通道反應(yīng)器的示意圖；其中F1為原料脂肪酸甲酯，F(xiàn)2為由原料甲酸、過氧化氫、穩(wěn)定劑H)TA-2Na以及催化劑濃硫酸組成的混合液；Q為球閥；P1、P2為柱塞式計量栗，P3為高溫油栗$為兩相流體微混合部分出為油浴罐；V為導(dǎo)熱油加熱爐；S為產(chǎn)物；MC為微通道；PL為導(dǎo)熱油管道。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0025]實施例1
[0026]按照摩爾比為油酸甲酯:甲酸:過氧化氫(30% ) = 1:6:6的比例分別稱取試劑到燒杯中，油酸甲酯先水浴加熱到60°C。在甲酸中加入濃硫酸(98% )，然后再慢慢加入過氧化氫，攪拌均勻形成混合液，其中濃硫酸的質(zhì)量為混合液的2%。將混合液和油酸甲酯按比例分別從兩個進(jìn)樣口進(jìn)樣，物料在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，并由油浴罐控制反應(yīng)溫度為70°C，調(diào)節(jié)計量栗的手輪，控制反應(yīng)時間為lOmin，產(chǎn)物從出料口進(jìn)行收集。將得到的粗產(chǎn)品在分液漏斗中進(jìn)行分離，上層油相先用5%的碳酸氫鈉溶液進(jìn)行洗滌，接著用熱水水洗，最后用5%的氯化鈉溶液洗滌至中性。90°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)抽真空除去水分，即可得到產(chǎn)物環(huán)氧油酸甲酯。分析產(chǎn)物，測得產(chǎn)物環(huán)氧值為3.28%。
[0027]本實施例中的油酸甲酯碘值為77.8g I2/100g，以下實施例同。
[0028]圖1為本實施例的微通道反應(yīng)器的示意圖，如圖1所示，微通道反應(yīng)器包括微混合部分R、油浴罐E、高溫油栗P3、導(dǎo)熱油加熱爐V、柱塞式計量栗Pl、P2、導(dǎo)熱油管道PL、微通道MC ;所述微通道MC部分設(shè)于油浴罐E內(nèi)，浸在導(dǎo)熱油中；所述導(dǎo)熱油加熱爐V通過高溫油栗P3、球閥Q、導(dǎo)熱油管道PL與油浴罐E相連通，用于控制油浴罐E中導(dǎo)熱油的溫度；所述微通道MC的管徑為0.25?5mm。
[0029]脂肪酸甲酯F1和混合液F2經(jīng)原料管道分別通過柱塞式計量栗P1、P2的進(jìn)樣口進(jìn)入微混合部分R，再進(jìn)入油浴罐E進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)品S從微通道MC的出樣口收集。
[0030]實施例2
[0031]按照摩爾比為油酸甲酯:甲酸:過氧化氫(30% ) = 1:9:9的比例分別稱取試劑到燒杯中，油酸甲酯先水浴加熱到60°C。在甲酸中加入濃硫酸和穩(wěn)定劑EDTA-2Na，然后再慢慢加入過氧化氫，攪拌均勻形成混合液，其中濃硫酸的質(zhì)量為混合液的4%，穩(wěn)定劑EDTA-2Na的質(zhì)量為混合液的2%。將混合液和油酸甲酯按比例分別從兩個進(jìn)樣口進(jìn)樣，物料在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，并由油浴罐控制反應(yīng)溫度為60°C，調(diào)節(jié)計量栗的手輪，控制反應(yīng)時間為22min，產(chǎn)物從出料口進(jìn)行收集。將得到的粗產(chǎn)品在分液漏斗中進(jìn)行分離，上層油相先用5%的碳酸氫鈉溶液進(jìn)行洗滌，接著用熱水水洗，最后用5%的氯化鈉溶液洗滌至中性。90°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)抽真空除去水分，即可得到產(chǎn)物環(huán)氧油酸甲酯。分析產(chǎn)物，測得產(chǎn)物環(huán)氧值為 3.55%。
[0032]實施例3
[0033]按照摩爾比為油酸甲酯:甲酸:過氧化氫(30% ) = 1:6:6的比例分別稱取試劑到燒杯中，油酸甲酯先水浴加熱到60°C。在甲酸中加入濃硫酸和穩(wěn)定劑EDTA-2Na，然后再慢慢加入過氧化氫，攪拌均勻形成混合液，其中濃硫酸的質(zhì)量為混合液的2 %，穩(wěn)定劑EDTA-2Na的質(zhì)量為混合液的2%。將混合液和油酸甲酯按比例分別從兩個進(jìn)樣口進(jìn)樣，物料在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，并由油浴罐控制反應(yīng)溫度為70°C，調(diào)節(jié)計量栗的手輪，控制反應(yīng)時間為lO