一種用微通道反應器合成環(huán)氧脂肪酸甲酯的方法
【技術領域】
[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器合成環(huán)氧脂肪酸甲酯的方法。
【背景技術】
[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，植物油被認為是最具潛在價值的環(huán)境友好型潤滑油基礎油。而植物油中三酯結構中的脂肪酸主要為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，限制了其實際應用。植物油分子結構中容易受攻擊的部位主要是雙鍵、甘油酯基、丙烯基碳等，可通過化學改性來改善其不足之處，其中環(huán)氧化反應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，反應在常規(guī)的間歇反應釜中進行。這種方法存在反應時間長、生產(chǎn)過程不安全、設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)有間歇反應器生產(chǎn)環(huán)氧脂肪酸甲酯存在的反應時間長、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方案實現(xiàn):
[0008]—種用微通道反應器合成環(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樣口加入到微通道反應器中，保持反應時間lOmin?22min，在60°C?80°C下進行環(huán)氧化反應，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]所述微通道反應器包括微混合部分、油浴罐、高溫油栗、導熱油加熱爐、兩個柱塞式計量栗、導熱油管道、微通道；所述微通道設于油浴罐內(nèi)，浸在導熱油中；所述導熱油加熱爐通過高溫油栗、導熱油管道與油浴罐相連通，用于控制油浴罐中導熱油的溫度；
[0014]混合液和脂肪酸甲酯別通過兩個柱塞式計量栗的進樣口進入微混合部分，在微混合部分進行混合，混合之后的流體在微通道中進行環(huán)氧化反應，產(chǎn)品從微通道的出樣口收集;
[0015]所述導熱油加熱爐通過高溫油栗、導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)物在分液漏斗中進行分離，上層油相先用5%的碳酸氫鈉溶液進行洗滌，接著用熱水水洗，最后用5%的氯化鈉溶液洗滌至中性；在90°(:下旋轉蒸發(fā)抽真空除去水分。
[0019]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0020](1)本發(fā)明采用微通道反應器合成環(huán)氧脂肪酸甲酯能夠大大縮短反應時間，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為導熱油加熱爐；S為產(chǎn)物；MC為微通道；PL為導熱油管道。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，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樣口進樣，物料在反應器中進行反應，并由油浴罐控制反應溫度為70°C，調(diào)節(jié)計量栗的手輪，控制反應時間為lOmin，產(chǎn)物從出料口進行收集。將得到的粗產(chǎn)品在分液漏斗中進行分離，上層油相先用5%的碳酸氫鈉溶液進行洗滌，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器的示意圖，如圖1所示，微通道反應器包括微混合部分R、油浴罐E、高溫油栗P3、導熱油加熱爐V、柱塞式計量栗Pl、P2、導熱油管道PL、微通道MC ;所述微通道MC部分設于油浴罐E內(nèi)，浸在導熱油中；所述導熱油加熱爐V通過高溫油栗P3、球閥Q、導熱油管道PL與油浴罐E相連通，用于控制油浴罐E中導熱油的溫度；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的進樣口進入微混合部分R，再進入油浴罐E進行反應，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樣口進樣，物料在反應器中進行反應，并由油浴罐控制反應溫度為60°C，調(diào)節(jié)計量栗的手輪，控制反應時間為22min，產(chǎn)物從出料口進行收集。將得到的粗產(chǎn)品在分液漏斗中進行分離，上層油相先用5%的碳酸氫鈉溶液進行洗滌，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樣口進樣，物料在反應器中進行反應，并由油浴罐控制反應溫度為70°C，調(diào)節(jié)計量栗的手輪，控制反應時間為lO