CN113444014A - 一种连续生产n-酰基氨基酸表面活性剂的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及表面活性剂生产技术领域，具体公开了一种连续生产N‑酰基氨基酸表面活性剂的系统和方法，包括微通道反应器、配料釜、酰氯储罐和缓冲罐，微通道反应器通过管道与配料釜的出料口连接，微通道反应器通过管道与酰氯储罐的出口连接，微通道反应器包括初级混合单元模块和控温反应单元模块，初级混合单元模块分别与配料釜和酰氯储罐连接，初级混合单元模块与控温反应单元模块连接，控温反应单元模块通过管道与缓冲罐连接。本发明结合微通道反应器使用，使得氨基酸盐与酰氯反应速度加快，实现了连续生产，有效地降低了副反应发生的几率，从而提高了生产效率和产品质量；微通道反应器使得反应溶液在常温中进行反应，降低了能耗。

Description

一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统和方法

技术领域

本发明属于表面活性剂生产技术领域，具体是一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统和方法。

背景技术

表面活性剂是由亲油基和亲水基组成的化合物，该基本结构使得表面活性剂分子具有在界面或表面定向吸附、定向排列，在溶液中产生胶团的基本性质。表面活性剂在石油、机械、化工、煤炭、冶金、轻工业、纺织及农业生产中，都有着广泛的应用，对改进技术、提高工作效率和产品质量、增收节支方面收效显著，因此有“工业味精”之美称。N-酰基氨基酸型表面活性剂属于环境友好、由生物质为基础的氨基酸与脂肪酸酯或脂肪酸合成的表面活性剂，N-酰基氨基酸型表面活性剂具有良好的润湿性、起泡性、抗菌性以及抗蚀、抗静电能力等，几乎无毒无害，对皮肤温和，可广泛用于洗涤剂、化妆品、食品、饮料、医药卫生、矿物浮选、石油燃料、机械工业、纺织印染、农药调配等。但目前氨基酸型表面活性剂的生产规模较小、成本较高，仍主要用于附加值较高的个人护理用品，传统洗涤剂中没有添加。因此，开发一种可降本增效的制备方法，显得尤为重要。

现有的N-酰基氨基酸型表面活性剂现有的制备方法有：(1)脂肪酸酐与氨基酸盐的酰化反应工艺；(2)脂肪腈水解酰化反应工艺；(3)酰胺羧基化反应工艺；(4)脂肪酸与氨基酸盐反应工艺；(5)肖顿-鲍曼(Schotten-Banmann)缩合反应方法，即脂肪酰氯与氨基酸反应工艺。目前在工业上用得最多的制备N-酰基氨基酸及其盐的方法仍是用肖顿-鲍曼(Schotten-Banmann)缩合反应方法，它是由脂肪酰氯和氨基酸在碱性水溶液或其它有机溶剂中一次完成制得N-酰基氨基酸盐，此法的优点是原料易得、反应条件较温和、反应速度快。但该方法在实际生产过程由于脂肪酰氯极不稳定，在有水存在的情况下会发生水解，造成产品中脂肪酸皂含量偏高。传统工艺一般是通过降低反应温度和控制pH来减少副反应的发生，这会导致体系粘度显著增大，尤其是椰油酰基产品，反应过程中系体粘度大，传质和传热效率下降，导致酰氯在反应体系中分散不够快、不够充分，副反应增多。另一方面，传统生产工艺的反应温度通常低于15℃，需要用冷冻水降温，而且降低温度后反应时间较长，导致无法实现连续化生产、能耗高，所以现需要发明一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统和方法。

发明内容

本发明的目的是提供了一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统和方法，解决了上述所提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统，包括微通道反应器、配料釜、酰氯储罐和缓冲罐，所述微通道反应器通过管道与所述配料釜的出料口连接，所述微通道反应器通过管道与所述酰氯储罐的出氯口连接，所述微通道反应器包括初级混合单元模块和控温反应单元模块，所述初级混合单元模块分别与所述配料釜和所述酰氯储罐连接，所述初级混合单元模块与所述控温反应单元模块连接，所述控温反应单元模块通过管道与所述缓冲罐连接。

进一步地，所述配料釜与所述微通道反应器之间的管道上设有氨基酸溶液计量泵。

进一步地，所述酰氯储罐与所述微通道反应器之间的管道上设有酰氯计量泵。

进一步地，所述控温反应单元模块与所述缓冲罐之间的管道上设有背压阀。

一种连续生产N-酰基氨基酸型表面活性剂的方法，所述方法的具体步骤如下：

S1、向配料釜内投入氨基酸盐和浓度为10-40％的液碱，氨基酸盐和液碱的摩尔比为1：1-1.3，再加入按照产品浓度要求计算的去离子水，液碱的加入量以控制产品pH值为标准加入，pH值为8-12，搅拌溶解得到氨基酸盐碱性水溶液；

S2、将溶解得到的氨基酸盐碱性水溶液用氨基酸溶液计量泵投入定量的氨基酸盐碱性水溶液至微通道反应器的初级混合单元模块；

S3、同时酰氯储罐输出酰氯并用酰氯计量泵控制一定量的酰氯至微通道反应器的初级混合单元模块，酰氯和氨基酸盐的进料摩尔比是1：0.95-1.1；

S4、将进入初级混合单元模块内的氨基酸盐碱性水溶液和酰氯进行混合反应，混合后的流体继续向前进入控温反应单元模块进一步反应，控温反应单元模块是5-15块微通道反应模块的串联；控温反应单元模块控制反应温度在20-35℃，用工厂的循环水控制；

S5、从控温反应单元模块出来后的流体通过背压阀调节出料速度，使得反应物料在体系中停留，停留时间为10-120秒，出料和进料流量根据停留时间设置，输出的反应物料为符合指标要求的N-酰基氨基酸型表面活性剂产品，得到的产品输送至缓冲罐，缓冲罐的液位保持在50-80％，并保持搅拌；

S6、在缓冲罐内进行取样，检测合格后输送至成品储存罐进行包装或后处理罐进行脱盐处理以生产低盐产品，检测合格的关键指标是活性物含量20-40％、游离脂肪酸皂含量低于1.5％；

进一步地，所述氨基酸盐为甘氨酸、谷氨酸、肌氨酸、丙氨酸、牛磺酸、精氨酸、赖氨酸、甲基甘氨酸钠或钾盐的其中一种。

进一步地，所述液碱为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的其中一种。

进一步地，所述酰氯为C8-18酰氯中的一种或多种混合物。

本发明的有益效果:本发明结合微通道反应器使用，使得氨基酸盐与酰氯反应速度加快，实现连续生产，提高了生产效率，有效地降低了副反应发生的几率且同时提高了产品的品质；微通道反应器使得反应溶液能在常温中进行反应，降低了能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统的结构图；

图中：1-微通道反应器，2-配料釜，3-酰氯储罐，4-缓冲罐，5-氨基酸溶液计量泵，6-酰氯计量泵，7-背压阀，11-初级混合单元模块，12-控温反应单元模块。

具体实施方式

下面将结合本发明说明书附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，具体公开了一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统，包括微通道反应器、配料釜、酰氯储罐和缓冲罐，微通道反应器通过管道与配料釜的出料口连接，配料釜与微通道反应器之间的管道上设有氨基酸溶液计量泵，微通道反应器通过管道与酰氯储罐的出氯口连接，酰氯储罐与微通道反应器之间的管道上设有酰氯计量泵，微通道反应器包括初级混合单元模块和控温反应单元模块，初级混合单元模块分别与配料釜和酰氯储罐连接，初级混合单元模块与控温反应单元模块连接，控温反应单元模块通过管道与缓冲罐连接，控温反应单元模块与缓冲罐之间的管道上设有背压阀。

一种连续生产N-酰基氨基酸型表面活性剂的方法，所述方法的具体步骤如下：

S1、向配料釜内投入氨基酸盐和浓度为10-40％的液碱，氨基酸盐和液碱的摩尔比为1：1-1.3，再加入按照产品浓度要求计算的去离子水，液碱的加入量以控制产品pH值为标准加入，优选pH值为8-12，搅拌溶解得到氨基酸盐碱性水溶液；

S2、将溶解得到的氨基酸盐碱性水溶液用氨基酸溶液计量泵投入定量的氨基酸盐碱性水溶液至微通道反应器的初级混合单元模块；

S3、同时酰氯储罐输出酰氯并用酰氯计量泵控制一定量的酰氯至微通道反应器的初级混合单元模块，酰氯和氨基酸盐的进料摩尔比是1：0.95-1.1；

S4、将进入初级混合单元模块内的氨基酸盐碱性水溶液和酰氯进行混合反应，混合后的流体继续向前进入控温反应单元模块进一步反应，控温反应单元模块是5-15块微通道反应模块的串联，优选串联数量为7-12块；控温反应单元模块控制反应温度在20-35℃，用工厂的循环水控制；

S5、从控温反应单元模块出来后的流体通过背压阀调节出料速度，使得反应物料在体系中停留，停留时间为10-120秒，出料和进料流量根据停留时间设置，输出的反应物料为符合指标要求的N-酰基氨基酸型表面活性剂产品，得到的产品输送至缓冲罐，缓冲罐的液位保持在50-80％，并保持搅拌；

S6、在缓冲罐内进行取样，检测合格后输送至成品储存罐进行包装或后处理罐进行脱盐处理以生产低盐产品，检测合格的关键指标是活性物含量20-40％、游离脂肪酸皂含量低于1.5％；

氨基酸盐为甘氨酸、谷氨酸、肌氨酸、丙氨酸、牛磺酸、精氨酸、赖氨酸、甲基甘氨酸钠或钾盐的其中一种，液碱为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的其中一种，酰氯为C8-18酰氯中的一种或多种混合物。

该制备方法是基于微通道反应技术实现的。微通道反应技术物料混合快、传质传热效率高，易实现反应过程强化性和控制产品的精准性；同时反应的转化速率和选择性都能得到显著地提高，有效地降低了副反应发生的几率，提高了产品的品质。

需说明的是，在本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

本发明涉及到多种物质的添加量、含量及浓度，其中所述的百分含量，除特别说明外，皆指质量百分含量。

实施例中如果对于实验操作温度没有做出具体说明，则该温度通常指室温(10-30℃)。

实施例1：N-月桂酰肌氨酸钠的制备：

向配料釜中投入一定量的肌氨酸钠和去离子水，搅拌均匀后，加入30％氢氧化钠溶液，氢氧化钠与肌氨酸钠的摩尔比为1.05:1，搅拌均匀。搅拌得到肌氨酸钠溶液后，肌氨酸钠溶液通过计量泵进行计量，输送至微通道反应器的初级混合单元模块，同时月桂酰氯通过另一个计量泵计量后输送至微通道反应器的初级混合单元模块，月桂酰氯与肌氨酸钠溶液的摩尔比为1：1.03，两者进行混合。物料从初级混合单元模块依次进入控温反应单元模块的7个模块，控温反应单元模块的夹层设有常温循环水(温度25℃)，反应液充满所有模块时打开背压阀，物料在控温反应单元模块的中保留时间为30s左右。物料进入到缓冲罐中，缓冲罐液位达到20％左右时开启搅拌，并取样检测。

对比例1

向反应釜内投入一定量的肌氨酸钠和去离子水，搅拌均匀，搅拌过程中通过向缩合反应釜的夹套内充入循环水使反应温度控制25℃左右，搅拌均匀后，滴入30％的NaOH溶液调pH至12。从酰氯高位槽向缩合反应釜内滴加月桂酰氯，月桂酰氯和肌氨酸钠的摩尔比1：1.03。滴加酰氯的过程中监测pH变化，通过滴加30％氢氧化钠溶液使体系pH值控制在10±0.5。月桂酰氯滴加完成后，继续保温2h后将物料转入调配罐，取样检测。

实施例2：

椰油酰甘氨酸钠的制备：向配料釜中投入一定量的甘氨酸钠和去离子水，搅拌溶解后，加入30％氢氧化钠溶液，氢氧化钠与甘氨酸钠的摩尔比为1.05:1，搅拌均匀，搅拌得到氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液通过计量泵计量后输送至微通道反应器的初级混合单元模块内，同时椰油酰氯通过计量泵计量后输送至微通道反应器的初级混合单元模块内，椰油酰氯与甘氨酸钠的摩尔比为1：1.01，两者进行混合。物料从初级混合单元模块依次进入反应单元的10个模块，控温反应单元模块的夹层设有循环水(温度25℃)，反应液充满所有模块时打开背压阀，物料在控温反应单元模块中保留时间为45s左右。物料进入到缓冲罐中，缓冲罐液位达到20％左右时开启搅拌，并取样检测。

对比例2

向反应釜内投入一定量的甘氨酸钠和去离子水，搅拌溶解，搅拌过程中通过向反应釜的夹套内充入循环水使反应温度控制25℃左右，搅拌均匀后，滴入30％的NaOH溶液调pH至12。从酰氯高位槽向缩合反应釜内滴加椰油酰氯，椰油酰氯和甘氨酸钠的摩尔比1：1.01。滴加酰氯的过程中监测pH变化，通过滴加30％氢氧化钠溶液使体系pH值控制在10±0.5。酰氯滴加完成后，继续保温2h后将物料转入调配罐，取样检测。

实施例和对比例的样品检测结果如下表：

项目	实施例1	对比例1	实施例2	对比例2
					活性物含量％	30.3	28	29.9	27.5
脂肪酸皂含量％	0.7	2.9	1.1	3.5

以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统，其特征在于，包括微通道反应器(1)、配料釜(2)、酰氯储罐(3)和缓冲罐(4)，所述微通道反应器(1)通过管道与所述配料釜(2)的出料口连接，所述微通道反应器(1)通过管道与所述酰氯储罐(3)的出口连接，所述微通道反应器(1)包括初级混合单元模块(11)和控温反应单元模块(12)，所述初级混合单元模块(11)分别与所述配料釜(2)和所述酰氯储罐(3)连接，所述初级混合单元模块(11)与所述控温反应单元模块(12)连接，所述控温反应单元模块(12)通过管道与所述缓冲罐(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统，其特征在于，所述配料釜(2)与所述微通道反应器(1)之间的管道上设有氨基酸溶液计量泵(5)。

3.根据权利要求1所述的一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统，其特征在于，所述酰氯储罐(3)与所述微通道反应器(1)之间的管道上设有酰氯计量泵(6)。

4.根据权利要求1所述的一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统，其特征在于，所述控温反应单元模块(12)与所述缓冲罐(4)之间的管道上设有背压阀(7)。

5.一种连续生产N-酰基氨基酸型表面活性剂的方法，采用权利要求1-4所述的一种连续生产N-酰基氨基酸表面活性剂的系统来制备，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：

S1、向配料釜内投入氨基酸盐和浓度为10-40％的液碱，氨基酸盐和液碱的摩尔比为1：1-1.3，再加入按照产品浓度要求计算的去离子水，液碱的加入量以控制产品pH值为标准加入，pH值为8-12，搅拌溶解得到氨基酸盐碱性水溶液；

S2、将溶解得到的氨基酸盐碱性水溶液用氨基酸溶液计量泵投入定量的氨基酸盐碱性水溶液至微通道反应器的初级混合单元模块；

S3、同时酰氯储罐输出酰氯并用酰氯计量泵控制一定量的酰氯至微通道反应器的初级混合单元模块，酰氯和氨基酸盐的进料摩尔比是1：0.95-1.1；

S4、将进入初级混合单元模块内的氨基酸盐碱性水溶液和酰氯进行混合反应，混合后的流体继续向前进入控温反应单元模块进一步反应，控温反应单元模块是5-15块微通道反应模块的串联；控温反应单元模块控制反应温度在20-35℃，用工厂的循环水控制；

S5、从控温反应单元模块出来后的流体通过背压阀调节出料速度，使得反应物料在体系中停留，停留时间为10-120秒，出料和进料流量根据停留时间设置，输出的反应物料为符合指标要求的N-酰基氨基酸型表面活性剂产品，得到的产品输送至缓冲罐，缓冲罐的液位保持在50-80％，并保持搅拌；

S6、在缓冲罐内进行取样，检测合格后输送至成品储存罐进行包装或后处理罐进行脱盐处理以生产低盐产品，检测合格的关键指标是活性物含量20-40％、游离脂肪酸皂含量低于1.5％。

6.根据权利要求5所述的一种连续生产N-酰基氨基酸型表面活性剂的方法，其特征在于，所述氨基酸盐为甘氨酸、谷氨酸、肌氨酸、丙氨酸、牛磺酸、精氨酸、赖氨酸、甲基甘氨酸钠或钾盐的其中一种。

7.根据权利要求5所述的一种连续生产N-酰基氨基酸型表面活性剂的方法，其特征在于，液碱为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的其中一种。

8.根据权利要求5所述的一种连续生产N-酰基氨基酸型表面活性剂的方法，其特征在于，酰氯为C8-18酰氯中的一种或多种混合物。

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