CN107353220A - 一种脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工合成领域。目的是提供一种以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺及装置；该工艺及装置生产的脂肪酸烷醇酰胺应具有纯度高、酯含量低的特点。技术方案是：一种以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺，包括以下步骤：(1)脂肪酸、轻组分及乙醇胺各自按一定流量进入第一静态混合器中，混合均匀后，经换热器吸热、加热器加热后由底部进入带有溢流口的酯化柱中进行酯化反应；(2)酯化后产物由酯化输送泵送至分子蒸馏系统进行分子蒸馏，分离得到轻组分及重组分；(3重组分与预混有催化剂的乙醇胺进入第二静态混合器混合均匀后，从底部进入带有溢流口的酰胺化柱中进行酰胺化反应，溢流流出得到成品脂肪酸烷醇酰胺。

Description

一种脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺及装置

技术领域

本发明涉及化工合成领域，具体是一种脂肪酸烷醇酰胺的合成方法。

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，是非离子表面活性剂中最重要的品种之一。

脂肪酸烷醇酰胺的生产工艺根据所采用的原料不同，可分为脂肪酸法、甘油酯法、甲酯法。

甘油酯法是以油脂为原料，与烷醇胺直接合成烷醇酰胺，该法生产的烷醇酰胺中含有10％左右的甘油，尽管在现有日化行业应用中没有影响，但甘油的存在，会影响产品表面张力性能，应用受到局限。

甲酯法即使用脂肪酸甲酯与烷醇胺直接缩合制取脂肪酸烷醇酰胺，该法生产的脂肪酸烷醇酰胺中不含甘油，具有较广的应用范围。但该工艺副产物甲醇对劳动保护、防火、防爆等条件要求高，在目前应用较少。

脂肪酸法采用脂肪酸和乙醇胺在高温下直接反应合成烷醇酰胺，生产的脂肪酸烷醇酰胺中不含甲醇，是目前较为成熟的合成工艺。

脂肪酸和乙醇胺反应生产烷醇酰胺一般采用二步法，首先利用脂肪酸和部分乙醇胺在高温下进行反应，将脂肪酸反应转化为酰胺酯(主要有酰胺单酯和双酯)、胺基酯(胺基单酯和胺基双酯)；接着加入剩余乙醇胺与催化剂，将酰胺酯、胺基酯转化为烷醇酰胺。这里酰胺酯在碱性催化剂作用下与乙醇胺反应，可迅速转变为烷醇酰胺，而胺基酯在同样条件下与乙醇胺反应速度就很慢。因此为提高反应速度，降低产品中酯含量，一般要控制第一步的脂肪酸和乙醇胺反应条件，尽量减少胺基酯的产生。但胺基酯的产生不可避免，酸直接反应生成的烷醇酰胺产品中酯含量普遍较高，普遍在10％左右。

发明内容

本发明的目的是针对现有脂肪酸法生产脂肪酸烷醇酰胺，产品中酯含量高的缺点，提供一种以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺及装置；该工艺及装置生产的脂肪酸烷醇酰胺应具有纯度高、酯含量低的特点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺，包括以下步骤：

(1)脂肪酸、轻组分及乙醇胺各自按一定流量进入第一静态混合器中，混合均匀后，经换热器吸热、加热器加热后由底部进入带有溢流口的酯化柱中进行酯化反应；

(2)酯化后产物从酯化柱溢流口出来后，经由酯化输送泵送至分子蒸馏系统进行分子蒸馏，分离得到轻组分及重组分；其中轻组分通过输送泵返回步骤(1)回用，重组分通过输送泵经换热器放热降温后进入下步反应；

(3)经换热器放热后的重组分，与预混有催化剂的乙醇胺进入第二静态混合器混合均匀后，从底部进入带有溢流口的酰胺化柱中进行酰胺化反应，溢流流出得到成品脂肪酸烷醇酰胺。

步骤1)中脂肪酸、乙醇胺的流量质量比为1:0.2～0.4；轻组分流量由酯化反应转化率以及分子蒸馏的分离效果决定，一般为脂肪酸和乙醇胺总质量的5～30％。

所述轻组分为酯化产物经分子蒸馏后的轻组分，主要成分为胺基酯，胺基酯的重量比例为50-80％，其余成分为少量未反应的脂肪酸和乙醇胺，以及蒸馏夹带的部分酰胺酯。

所述酯化反应的反应温度120～160℃，反应压力0-30kpa，控制酯化反应的平均停留时间为3～8h。

步骤2)中分子蒸馏的条件根据选用的脂肪酸碳链决定，一般为150～220℃，1～20Pa。

分子蒸馏获得的轻组分、重组分的重量比由酯化反应转化率以及分子蒸馏的分离效果决定，一般为0.05～0.3:1，其中重组分的主要成分为酰胺酯，酰胺酯的重量比例为70-90％，其余成分包括部分烷醇酰胺以及少量的胺基酯。

步骤3)中预混的催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾及甲醇钠中的一种，重量占乙醇胺重量的1～5％；

所述预混有催化剂的乙醇胺流量与重组分流量的重量比一般为0.2～0.3:1。

所述酰胺化反应的反应温度为75～100℃，反应时间为3～8h，根据酰胺化柱容积决定。.

一种脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置，其特征在于；该装置的脂肪酸入口与乙醇胺入口并联接入第一静态混合器的第一入口，第一静态混合器的出口通过管道依次连通换热器的吸热通道、加热器、酯化停留柱、酯化输送泵以及分子蒸馏系统；分子蒸馏系统的轻组分出口通过管道依次连通轻组分输送泵以及第一静态混合器的第二入口；分子蒸馏系统的重组分出口通过管道依次连通重组分输送泵、换热器的放热通道、第二静态混合器、酰胺化柱以及成品出口；所述第二静态混合器的另一物料入口为预混有催化剂的乙醇胺入口。

所述酯化停留柱底部设置的物料入口利用管道连通加热器的物料端出口；酯化停留柱上部侧边设物料出口，该物料出口通过管道依次连通酯化输送泵以及分子蒸馏系统的物料入口。

所述第二静态混合器的出口端连接酰胺化柱的底部入口；成品出口位于酰胺化柱的上部侧边。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点和优势：

1、本发明利用分子蒸馏技术分离原有酸合成脂肪酸烷醇酰胺工艺较难转化为酰胺的胺基酯，使得到的脂肪酸烷醇酰胺产品纯度更高，游离油(即胺基酯)可以控制在2％以内，且产品无需老化，反应速度更快。

2、利用分子蒸馏技术分离的轻组分胺基酯，继续与前步骤的脂肪酸、乙醇胺在高温下反应，可以继续反应形成酰胺酯。

3、本发明实现连续化反应，可极大地提高能量利用率，提高产品稳定性，生产效率显著提高。

附图说明

图1为本发明所述脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺装置的结构示意图。

图中：a为脂肪酸入口、b为乙醇胺入口，c为预混有催化剂的乙醇胺入口，d为成品出口，1为第一静态混合器、2为换热器、3为加热器、4为酯化停留柱、5为酯化输送泵、6为分子蒸馏系统、7为重组分输送泵，8为轻组分输送泵，9为第二静态混合器，10为酰胺化柱。

具体实施方式

附图1所述的脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置中，脂肪酸入口a与乙醇胺入口b并联接入第一静态混合器1的第一入口，第一静态混合器出口通过管道依次连通换热器2的吸热通道、加热器3、酯化停留柱4、酯化输送泵5、分子蒸馏系统6；分子蒸馏系统的轻组分出口通过管道依次连通轻组分输送泵8以及第一静态混合器的第二入口；分子蒸馏系统的重组分出口通过管道依次连通重组分输送泵7、换热器2的放热通道、第二静态混合器9，酰胺化柱10以及成品出口d。

所述第一静态混合器的第一入口利用管道依次连通脂肪酸入口、乙醇胺入口，第一静态混合器的第二入口利用管道依次连通轻组分输送泵以及分子蒸馏系统的轻组分出口；所述换热器吸热端分别利用管道连通第一静态混合器的出口及加热器物料端入口，换热器放热通道入口通过管道依次连通重组分输送泵以及分子蒸馏系统重组分出口，换热器放热通道出口通过管道连通第二静态混合器的入口；所述酯化停留柱底部设置的物料入口利用管道连通加热器物料端出口，酯化停留柱上部侧边设物料出口，通过管道依次连通酯化输送泵以及分子蒸馏系统物料入口；所述第二静态混合器的另一物料入口为预混有催化剂的乙醇胺入口c，第二静态混合器的出口连通酰胺化柱底部入口；成品出口位于酰胺化柱上部侧边。

实施例一

(1)脂肪酸按1t/h,二乙醇胺按0.3t/h与分子蒸馏得到的轻组分进入第一静态混合器中混合均匀，再通过换热器加热后输送到酯化停留柱中，在温度140℃、10kpa下反应，平均停留时间约5h。

(2)从酯化反应器出来的反应物用输送泵送至分子蒸馏系统，在180℃、8Pa下进行分子蒸馏，分离得到的轻组分通过输送泵送回到第一静态混合器中重新进行酯化反应，流量约0.2t/h；重组分通过换热器冷却后进入第二静态混合器,流量约1.22t/h。

(3)分子蒸馏系统出来的重组分(流量约1.22t/h)，与0.22t/h预混有重量比2％氢氧化钠的二乙醇胺进入在第二静态混合器混匀后，进入酰胺化柱，在温度90℃下平均反应5h，得到脂肪酸烷醇酰胺产品，具体指标如下。

项目	指标
		胺值，mgKOH/g	18.6
酯含量(即游离油含量)，％	1.6

实施例二

(1)脂肪酸按1t/h,二乙醇胺按0.35t/h与分子蒸馏得到的轻组分进入第一静态混合器中混合均匀，通过换热器加热后输送到酯化停留柱中，在温度145℃、15kpa下反应，平均停留时间约6h。

(2)从酯化反应器出来的反应物用输送泵送至分子蒸馏系统，在190℃、6Pa下进行分子蒸馏，分离得到的轻组分通过输送泵送回到第一静态混合器中重新进行酯化反应，流量约0.2t/h。重组分通过换热器冷却后进入第二静态混合器,流量约1.27t/h。

(3)分子蒸馏系统出来的重组分(流量约1.27t/h)，与0.17t/h预混有重量比2％氢氧化钾的二乙醇胺进入第二静态混合器混匀后，进入酰胺化柱，在温度85℃下平均反应5h，得到脂肪酸烷醇酰胺产品，具体指标如下。

项目	指标
		胺值，mgKOH/g	19.2
酯含量(即游离油含量)，％	1.2

实施例三

(1)脂肪酸按1t/h,二乙醇胺按0.3t/h与分子蒸馏得到的轻组分进入第一静态混合器中混合均匀，通过换热器加热后输送到酯化停留柱中，在温度150℃、10kpa下反应，平均停留时间约5h。

(2)从酯化反应器出来的反应物用输送泵送至分子蒸馏系统，在200℃、10Pa下进行分子蒸馏，分离得到的轻组分通过输送泵送回到第一静态混合器中重新进行酯化反应，流量约0.25t/h。重组分通过换热器冷却后进入第二静态混合器,流量约1.22t/h。

(3)分子蒸馏系统出来的重组分(流量约1.22t/h)，与0.21t/h预混有重量比2％甲醇钠的二乙醇胺进入第二静态混合器混匀后，进入酰胺化柱，在温度85℃下平均反应5h，得到脂肪酸烷醇酰胺产品，具体指标如下。

Claims (10)

1.一种以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺，包括以下步骤：

(1)脂肪酸、轻组分及乙醇胺各自按一定流量进入第一静态混合器(1)中，混合均匀后，经换热器(2)吸热、加热器(3)加热后由底部进入带有溢流口的酯化柱(4)中进行酯化反应；

(2)酯化后产物从酯化柱溢流口出来后，经由酯化输送泵(5)送至分子蒸馏系统(6)进行分子蒸馏，分离得到轻组分及重组分；其中轻组分通过输送泵返回步骤(1)回用，重组分通过输送泵经换热器放热降温后进入下步反应；

(3)经换热器放热后的重组分，与预混有催化剂的乙醇胺进入第二静态混合器(9)混合均匀后，从底部进入带有溢流口的酰胺化柱(10)中进行酰胺化反应，溢流流出得到成品脂肪酸烷醇酰胺。

2.根据权利要求1所述的以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺，其特征在于：步骤1)中脂肪酸、乙醇胺的流量质量比为1:0.2～0.4；轻组分流量为脂肪酸和乙醇胺总质量的5～30％。

3.根据权利要求2所述的以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺，其特征在于：所述酯化反应的反应温度120～160℃，反应压力0-30kpa，控制酯化反应的平均停留时间为3～8h。

4.根据权利要求3所述的以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺，其特征在于：步骤2)中分子蒸馏的条件为150～220℃，1～20Pa；分子蒸馏获得的轻组分、重组分的重量比为0.05～0.3:1。

5.根据权利要求4所述的以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺，其特征在于：步骤3)中预混的催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾及甲醇钠中的一种，重量占乙醇胺重量的1～5％。

6.根据权利要求5所述的以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺，其特征在于：所述预混有催化剂的乙醇胺流量与重组分流量的重量比为0.2～0.3:1。

7.根据权利要求6所述的以脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的工艺，其特征在于：所述酰胺化反应的反应温度为75～100℃，反应时间为3～8h。

8.一种脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置，其特征在于；该装置的脂肪酸入口(a)与乙醇胺入口(b)并联接入第一静态混合器(1)的第一入口，第一静态混合器的出口通过管道依次连通换热器(2)的吸热通道、加热器(3)、酯化停留柱(4)、酯化输送泵(5)以及分子蒸馏系统(6)；分子蒸馏系统的轻组分出口通过管道依次连通轻组分输送泵(8)以及第一静态混合器的第二入口；分子蒸馏系统的重组分出口通过管道依次连通重组分输送泵(7)、换热器的放热通道、第二静态混合器(9)、酰胺化柱(10)以及成品出口(d)；所述第二静态混合器的另一物料入口为预混有催化剂的乙醇胺入口c。

9.根据权利要求8所述的脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置，其特征在于：酯化停留柱底部设置的物料入口利用管道连通加热器物的料端出口；酯化停留柱上部侧边设物料出口，该物料出口通过管道依次连通酯化输送泵以及分子蒸馏系统的物料入口。

10.根据权利要求9所述的脂肪酸为原料连续化生产脂肪酸烷醇酰胺的装置，其特征在于：第二静态混合器的出口端连接酰胺化柱的底部入口；成品出口位于酰胺化柱的上部侧边。