CN102020578A - 一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法及装置。目的是提供的方法和装置可连续化生产、降低能耗和提高生产效率。技术方案是：一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法，按以下步骤进行：A、将物料输入停留反应器升温反应；B、物料连续进入装置，经过静态混合器、换热器、加热器后进入停留反应器；同时，反应后的物料从停留反应器溢流口流出，经换热器降温后从出口输出；然后进入后步保温老化得到成品，或补加催化剂及烷醇胺继续反应得到成品；此后，按照步骤B连续生产。一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置，包括通过输送管道依次接通的物料入口、静态混合器、换热器的吸热管、加热器、带溢流口的停留反应器；换热器的放热管接通物料出口。

Description

一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种表面活性剂的生产方法和设备，尤其是利用脂肪酸及其酯类衍生物，连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法及装置。

背景技术

脂肪酸烷醇酰胺具有优良的增泡、稳泡、增稠、去污及乳化等性能，并有一定的抗静电能力及防锈性，因此可作为泡沫促进剂、稳泡剂、防锈剂、抗静电剂和分散剂等，尤其是其无毒、无害、生物降解率高的特点，可广泛应用于洗涤剂、化妆品、塑料、纺织助剂、金属清洗及加工等工业领域，是目前国内产量及用量均较大的非离子表面活性剂。

根据所采用的原料不同，目前工业生产脂肪酸烷醇酰胺一般是由椰子油、棕榈仁油等油脂(甘油酯法)或其相应脂肪酸(脂肪酸法)或脂肪酸甲酯(甲酯法)与烷醇胺酰胺化反应得到。

1、甲酯法

甲酯法需先用油脂或脂肪酸与甲醇进行反应，精制后得到脂肪酸甲酯，所制得的脂肪酸甲酯再与烷醇胺缩合制取脂肪酸烷醇酰胺。

自20世纪50年代初用脂肪酸甲酯为原料合成烷醇酰胺以来，由于该法合成的烷醇酰胺纯度高，副产物少，所以被普遍采用。

该反应过程中，通常将碱性催化剂先溶于烷醇胺中，至完全溶解后再加入到盛有脂肪酸甲酯的反应器内，110℃下真空反应2h后，常温老化保温1-2天，纯度可达90％以上。

2、脂肪酸法

用脂肪酸直接与烷醇胺反应生产脂肪酸烷醇酰胺，其合成方法主要有这么几种：一种是直接法，脂肪酸与烷醇胺混合，加热一步完成；还有一种二步法，比较典型的如美国专利3024260号公开了一种分两步进行的方法，第一步脂肪酸与二乙醇胺高温下先反应，生成氨基酯和酰胺酯，第二步添加碱性催化剂，未反应的二乙醇胺与氨基酯和酰胺酯在较低温度下进行反应，制取脂肪酸烷醇酰胺；另有一项日本特公昭49903号对上述方法做了进一步改进，第一步，脂肪酸与二乙醇胺的摩尔比小于0.7反应，第二步添加碱性催化剂和剩余的二乙醇胺，二乙醇胺与氨基酯和酰胺酯进行反应，制取脂肪酸烷醇酰胺。

3、甘油酯法

甘油酯法，也可称为油脂法，是以油脂为原料直接合成烷醇酰胺。此法油脂来源广泛，反应过程控制相对较少，生产设备等投资省，产品成本低。现以此法合成的烷醇酰胺占据了较大的市场份额。

该反应过程中，通常将碱性催化剂先溶于烷醇胺中，至完全溶解后再加入到盛有精炼油脂的反应器内反应2～4h，反应温度为80～90℃，经老化保温即可得到合格的产品。

上述脂肪酸烷醇酰胺的三种生产方法目前均采用一步或两步的间歇酰胺化反应过程，都存在反应时间长、设备利用率低、能量利用率低的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种脂肪酸烷醇酰胺的方法和装置的改进，所提供的方法和装置具有可连续化生产、降低能耗和提高生产效率的特点。

本发明提供的技术方案是：一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法，按以下步骤进行：

A、预反应：将一定量的脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺按一定比例与适量催化剂一起输入带溢流口的停留反应器，升温反应1-5小时；

B、连续化生产：脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺按1∶0.1～2.0的重量比，加上适量催化剂组成的物料连续进入装置，经过静态混合器混合、换热器吸热、加热器加热，进入带溢流口的停留反应器；同时，反应后的物料从停留反应器溢流口流出，经换热器降温后从出口输出；然后进入后步保温老化得到成品，或补加催化剂及烷醇胺继续反应得到成品；此后，按照步骤B连续生产；

所述停留反应器的反应温度为60～200℃，反应体系压力为0.001MPa～0.15MPa。

所述预反应中脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺及催化剂入料量根据产能确定。

所述连续化生产中物料流量根据产能确定。

所述步骤B中，停留反应器的反应温度为75～160℃，反应体系压力为0.005MPa～0.12MPa。

所述步骤B中，所述物料经换热器吸热后温升至65～100℃，经加热器加热后温升至75～160℃。

所述脂肪酸或脂肪酸酯包括：椰子油、棕榈仁油等动植物油脂及其相应脂肪酸、脂肪酸低碳醇酯中的一种；也包含上述两种或两种以上的混合物；如是固态形式应事先熔融。

所述烷醇胺是单乙醇胺、二乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺的一种或任一一种以上的混合物。

所述催化剂碱金属碳酸化合物、液碱、片碱、氢氧化钾、甲醇钠、乙醇钠的一种或任一一种以上的混合物，其中固体可先与烷醇胺预先混溶后进入装置。

所述催化剂用量占脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺物料之和总重量的0～1％。

一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置，其特征在于该装置包括通过输送管道依次接通的物料入口、静态混合器、换热器的吸热管、加热器、带溢流口的停留反应器，然后再通过换热器的放热管后接通物料出口。

所述带溢流口的停留反应器的溢流口部位还可旁接一带出料泵的出料口。

所述停留反应器的溢流口位置位于停留反应器器体高度的10％～100％。

本发明与现有间歇法工艺相比，有以下突出优点及积极效果：

1、工艺采用换热器换热，极大地提高了能量利用率，降低能耗，与现有工艺装置相比，可降低能耗70％以上。

2、避免了漫长的升降温过程，提高了设备利用率，扩大了产能，降低设备投资。

3、采用连续化的进出料，避免了传统工艺中酰胺化反应时放热产生的温度峰值，使整个过程温度稳定，提高了产品品质。

4、连续化生产的简单可控，可实现自动控制，极大提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明所述连续化生产脂肪酸烷醇酰胺装置的示意图。

图中：1为物料入口，2为静态混合器，3为换热器，4为加热器，5为带溢流口的停留反应器，6为物料出口。

具体实施方式

由图可知，本发明所述的装置主要由静态混合器2、换热器3、加热器4、带溢流口的停留反应器5构成。其中，换热器的作用是从输出的物料中吸收热量(使输出物料降温)的同时，对输入的脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺及催化剂进行加热(使输入物料升温，温升的高度可根据需要确定)。

由图可见本发明所述连续化生产装置的工作过程为：脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺按一定比例，加上催化剂组成的物料按一定流量连续进入装置，经过静态混合器混合、换热器吸热、加热器加热，进入带溢流口的停留反应器；同时，反应后的物料从停留反应器溢流口流出，经换热器降温后从出口输出；然后进入后步保温老化得到成品，或补加催化剂及烷醇胺继续反应得到成品；上述停留反应器的反应温度为60～200℃，反应体系压力为0.001MPa～0.15MPa，反应时间1～5小时(作为推荐，停留反应器的反应温度为75～160℃，反应体系压力为0.005MPa～0.12MPa)，物料流量根据产能确定。

上述连续化生产的开始阶段需要输入一定量的物料进行预反应：即将一定量的脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺按一定比例，加上催化剂输入带溢流口的停留反应器，升温反应；停留反应器的反应温度为60～200℃，反应体系压力为0.001MPa～0.15MPa，反应时间1～5小时，预反应物料量根据产能确定。此后，生产连续化进行，不再需要进行预反应。

本发明所述装置中，可根据生产能力需要，将二套或二套带溢流口的停留反应器串联接入；并且，可根据需要(负压反应条件)，在带溢流口的停留反应器的溢流口部位还旁接一带出料泵的出料口，以进行辅助出料。

本发明所述装置中，静态混合器、换热器、加热器、带溢流口的停留反应器及其它设备及部件全部可外购获得。

实施例1：椰油酸甲酯连续化生产1∶1椰油酸二乙醇酰胺

椰油酸甲酯与二乙醇胺的重量比为1∶0.5，催化剂加量为总物料的0.3％。

A、10吨停留反应器(溢流口在7.5吨位置)中，按精炼的椰油酸甲酯2t/h、二乙醇胺1t/h、液碱30Kg/h的速度同时进料，物料经过静态混合器混合均匀加入7.5吨物料时停止进料，升温，105～110℃、0.05MPa下反应2小时；

B、开启连续进料，按精炼的椰油酸甲酯2t/h、二乙醇胺1t/h、液碱30Kg/h的速度同时进料，物料经过静态混合器混合均匀；同时液位控制出料，新进物料经过换热器与输出热料换热，温度达到73℃；再经过加热器加热，温度达到100℃，进入反应器中；由于反应放热，反应器内物料温度基本恒定在110℃；

C、输出热料经过换热器与冷物料换热，热物料温度降至77℃，从出口输出后稍加冷却进入储罐保温老化一天即可出料。

所得产品质量指标：

项目	指标
		色泽(Hazen)	250
胺值(mgKOH/g)	24.5

实施例2：椰油酸连续化生产1∶1椰油酸二乙醇酰胺

椰油酸与二乙醇胺的重量比为1∶0.48，反应分为二步，第一步椰油酸与占所需量55％的二乙醇胺高温下直接反应，第二步补加余量二乙醇胺及催化剂反应。

A、10吨停留反应器(溢流口在7.5吨位置)中，按精炼的椰油酸2t/h、二乙醇胺0.52t/h的速度同时进料至物料为7.5t停止进料，升温，160℃、0.005MPa下反应2小时；

B、开启连续进料，按精炼的椰油酸2t/h、二乙醇胺0.52t/h的速度同时进静态混合器混合均匀；同时液位控制出料，新进物料经过换热器与输出热料换热，温度达到100℃；再经过加热器加热，温度达到160℃，进入反应器中；

C、输出热料经过换热器与冷物料换热，热物料温度降到107℃，从出口输出后进入下步反应；

D、按每吨反应后物料加入174Kg二乙醇胺、3kg氢氧化钠的比例混入C步骤出口物料中，在100℃左右温度反应2小时，冷却至60℃进入储罐保温老化一天即可出料。

所得产品质量指标：

项目	指标
		色泽(Hazen)	300
胺值(mgKOH/g)	23.9

实施例3：精炼椰子油连续化生产1∶2椰油酸二异丙醇酰胺

椰子油与二异丙醇胺的重量比为1∶1.2，催化剂加量为总物料的0.3％。

A、10吨停留反应器(溢流口在7.5吨位置)中，按精炼的椰子油2t/h、二乙醇胺催化剂(催化剂占二乙醇胺比例为10kg/t)混合液2.4t/h的速度同时进料加入7.5t物料停止进料，升温反应，75～90℃、0.12MPa的N₂下反应2小时；

B、开启连续进料，按精炼的椰子油2t/h、二乙醇胺催化剂混合液2.4t/h的速度同时进入静态混合器混合均匀；新进物料经换热温度达到65℃；再经过加热器加热，温度达到75℃，进入反应器中；由于反应放热，反应器内物料温度基本恒定在85℃；

C、进料同时，热物料经由溢流口流出，经过换热器放出热量，温度降到70℃，从出口输出进入储罐保温老化一天即可出料。

所得产品质量指标：

项目	指标
		色泽(Hazen)	210
胺值(mgKOH/g)	126

实施例4椰油酸连续化生产椰油酸单乙醇酰胺

椰油酸与单乙醇胺的重量比为1∶0.3，反应分为二步，第一步椰油酸与占所需量66％的单乙醇胺高温下直接反应，第二步补加余量单乙醇胺及催化剂反应。

A、10吨停留反应器(溢流口7.5吨)中，按精炼的椰油酸3t/h、单乙醇胺0.6t/h的速度进料至7.5t停止进料，升温至140℃、0.005MPa下反应2小时；

B、按精炼的椰油酸3t/h、单乙醇胺0.6t/h的速度，同时进料，物料经过静态混合器混合均匀，又经过换热器时吸收热物料的热量，温度达到100℃；再经过加热器加热，温度达到140℃，进入反应器中；

C、进料同时，热物料由溢流口经泵输出，经换热器放出热量(对冷物料加热)，温度降到107℃，从出口输出进入下步反应；

D、按每吨83Kg单乙醇胺、3kg甲醇钠的比例混入C步骤出口物料中，在100℃左右温度反应2小时，冷却至60℃进入储罐保温老化一天即可出料。

所得产品质量指标

项目	指标
		色泽(10％乙醇溶液，Hazen)	23
胺值(mgKOH/g)	11.3

实施例5：椰油酸乙酯连续化生产1∶1椰油酸一异丙醇酰胺

椰油酸乙酯与一异丙醇胺的重量比为1∶0.33，催化剂加量为总物料的0.8％。

A、10吨停留反应器(溢流口在8吨位置)中，按精炼的椰油酸甲酯3t/h、单异丙醇胺1t/h、液碱106kg/h(相当于32kg固体氢氧化钠)至物料为7.5t停止进料，升温至105～110℃、0.04MPa下反应2小时；

B、开启连续进料、连续出料，按精炼的椰油酸甲酯3t/h、单异丙醇胺1t/h、液碱106kg/h的速度同时进料；新进物料经过静态混合器混合均匀，又经过换热器时进行吸热，温度达到73℃；再经过加热器加热，温度达到100℃，进入反应器中；由于反应放热，反应器内物料温度基本恒定在110℃；

C、热料经换热器与冷物料换热，热物料温度降至80℃，从出口输出后稍加冷却进入储罐保温老化一天即可出料。

所得产品质量指标：

项目	指标
		色泽(Hazen)	250
胺值(mgKOH/g)	28

实施例6：椰油酸丙酯连续化生产1∶1椰油酸二异丙醇酰胺

椰油酸乙酯与一异丙醇胺的重量比为1∶0.5，催化剂加量为总物料的0.2％。

A、10吨停留反应器(溢流口在7.5吨位置)中，按精炼的椰油酸丙酯2t/h、二异丙醇胺1t/h、液碱30Kg/h的速度同时进料至7.5t停止进料，升温至105～110℃、0.005MPa下反应2小时；

B、开启连续进料、连续出料，按精炼的椰油酸丙酯2t/h、二异丙醇胺1t/h、液碱30Kg/h的速度同时进料；新进物料经过静态混合器混合均匀，又经过换热器时进行吸热，温度达到73℃；再经过加热器加热，温度达到100℃，进入反应器中；由于反应放热，反应器内物料温度基本恒定在110℃；

C、热料经过换热器与冷物料换热，热物料温度降至80℃，从出口输出后稍加冷却进入储罐保温老化一天即可出料。

所得产品质量指标：

项目	指标
		色泽(Hazen)	250
胺值(mgKOH/g)	23

本发明主要适用于脂肪酸及其酯类衍生物来生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺；也适合推广到需要一定高温停留时间的液相反应。

Claims (10)

1.一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法，按以下步骤进行：

A、预反应：将一定量的脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺按一定比例与适量催化剂一起输入带溢流口的停留反应器，升温反应1-5小时；

B、连续化生产：脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺按1∶0.1～2.0的重量比，加上适量催化剂组成的物料连续进入装置，经过静态混合器混合、换热器吸热、加热器加热，进入带溢流口的停留反应器；同时，反应后的物料从停留反应器溢流口流出，经换热器降温后从出口输出；然后进入后步保温老化得到成品，或补加催化剂及烷醇胺继续反应得到成品；此后，按照步骤B连续生产；

所述停留反应器的反应温度为60～200℃，反应体系压力为0.001MPa～0.15MPa。

2.根据权利要求1所述的一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法，其特征在于：所述步骤B中，停留反应器的反应温度为75～160℃，反应体系压力为0.005MPa～0.12Mpa；

3.根据权利要求1或2所述的一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法，其特征在于：所述步骤B中，物料经换热器吸热后温升至65～100℃，经加热器加热后温升至75～160℃。

4.根据权利要求3所述的一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法，其特征在于所述脂肪酸或脂肪酸酯包括：椰子油、棕榈仁油等动植物油脂及其相应脂肪酸、脂肪酸低碳醇酯中的一种；也包含上述两种或两种以上的混合物；如是固态形式应事先熔融。

5.根据权利要求4所述的一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法，其特征在于所述烷醇胺是单乙醇胺、二乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺的一种或任一一种以上的混合物

6.根据权利要求5所述的一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法，其特征在于所述催化剂是碱金属碳酸化合物、液碱、片碱、氢氧化钾、甲醇钠、乙醇钠的一种或任一一种以上的混合物；其中固体可先与烷醇胺预先混溶后进入装置。

7.根据权利要求6所述的一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的方法，其特征在于所述催化剂用量占脂肪酸或脂肪酸酯与烷醇胺物料之和总重量的0～1％。

8.一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置，其特征在于该装置包括通过输送管道依次接通的物料入口、静态混合器(2)、换热器(3)的吸热管、加热器(4)、带溢流口的停留反应器(5)，然后再通过换热器的放热管后接通物料出口。

9.根据权利要求8所述的一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置，其特征在于所述带溢流口的停留反应器的溢流口部位还可旁接一带出料泵的出料口。

10.根据权利要求9所述的一种连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置，其特征在于所述停留反应器的溢流口位置位于停留反应器器体高度的10％～100％。

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