專利名稱：：一種提高油脂與低碳醇酯交換反應(yīng)速率的方法以及組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種提高油脂與低碳醇酯交換反應(yīng)速率的方法。本發(fā)明還涉及實現(xiàn)上述方法的組合物。
背景技術(shù)：
：世界能源緊缺，已經(jīng)成為不爭的事實。目前，工業(yè)生產(chǎn)生物柴油的主要方法是以油脂與低碳醇作用而產(chǎn)生脂肪酸低碳醇酯，就是所謂的"酯交換法"。但是，如何提高酯交換法生產(chǎn)生物柴油(以下簡稱生物柴油)的質(zhì)量，降低能耗，節(jié)約成本，仍然是世界各國所關(guān)注的重要研究課題。生產(chǎn)工藝直接影響到生物柴油的產(chǎn)量和質(zhì)量。研究表明，影響生物柴油產(chǎn)率及速率有五個主要因素，依次為攪拌強度、催化劑用量、油脂與低碳醇的摩爾比、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度，其中以攪拌強度影響最大。可見，酯交換反應(yīng)屬于傳質(zhì)控制反應(yīng)。因此，在選取最佳工藝條件時，應(yīng)該首先盡可能地滿足攪拌強度?？墒?，這要加大攪拌裝置的功率，從而增加耗電量和攪拌裝置的磨損程度，使生產(chǎn)成本提高。實際上，即使加大攪拌速度，反應(yīng)時間并不能控制在主反應(yīng)物生成的最佳時間內(nèi)(25min左右)，生產(chǎn)時間越長，能耗越多，成本居高不下。加大攪拌速度，之所以有利于提高酯交換反應(yīng)產(chǎn)率，是因為物料越處于紊流狀態(tài)，醇和油脂分子間的接觸、碰撞幾率會越大，反應(yīng)速率也能隨之增加。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種提高酯交換法生產(chǎn)生物柴油反應(yīng)速度的方法。其手段是使低碳醇充分、微細(xì)地分散在油脂內(nèi)而成"油包醇型微乳體"，降低油脂和低碳醇分子間的界面能，以縮短酯交換反應(yīng)時間，或在相同的反應(yīng)時間內(nèi)，提高酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。因此，本發(fā)明提供的提高酯交換法生產(chǎn)生物柴油反應(yīng)速度的方法是，在反應(yīng)體系中加入能降低油脂和低級醇分子間的界面能的非離子表面活性劑。加入表面活性劑的作用是使低級醇充分、微細(xì)地分散在油脂內(nèi)而成"油包醇型微乳體"。為實現(xiàn)上述方法，本發(fā)明申請人具體研究了一種組合物，來實現(xiàn)上述方法。本發(fā)明提供的提高油脂與低級醇酯交換反應(yīng)速率的組合物(m/m)X為脂肪醇聚氧乙烯醚0.150.0%，烷基酚聚氧乙烯醚0.130.0%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.035.0%，三乙醇胺0.140.0%，多功能乳化劑1030%;其中多功能乳化劑具體配比如下烷基苯磺酸30%月桂醇酰胺25%多聚萜烯15%N-環(huán)己基硫代酞酰亞胺15%苯酚15%本發(fā)明中將上述具有提高油脂與低級醇酯交換反應(yīng)速率的組合物，簡稱為"速效劑"或"酯交換反應(yīng)速效劑"。脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、三乙醇胺、多功能乳化劑都是優(yōu)良的表面活性劑。非離子表面活性劑R-0-(CH2CH20)nH在水中和親水性強的醇類溶劑中(甲醇、乙醇等)不會離解，它們的表面活性是靠分子中的極性(親水)部分和非極性(親油)部分來顯示。這類非離子表面活性劑具有很好的乳化、分散作用，并且在較寬的PH值范圍和溫度范圍內(nèi)都很穩(wěn)定。這些表面活性劑中分別含有碳數(shù)不一的烷基或芳基，構(gòu)成油性長短各異的親油憎水基團，又分別具有酯鍵、醚鍵、羧基、醇氨基等親水憎油基團。各種表面活性劑的親油、親水程度不等，它們都有不同的親水親油值(HLB值)。調(diào)整各表面活性劑的含量來改變速效劑的HLB值，以適合不同的油脂，進而促進該油脂與低碳醇間酯交換反應(yīng)的進行。這些表面活性劑就會很好地協(xié)調(diào)分布于油醇界面，親油基伸進油相，親水基則伸進醇相(醇和催化劑)，從而使油、醇相之間的界面張力降低，醇相(醇和催化劑)就能微細(xì)、均勻而穩(wěn)定地分散在油相(植物油或者動物油)中，形成優(yōu)良的油包醇型微乳液。這種加有速效劑的微乳油，在合適的攪拌強度、催化劑用量、油脂與甲醇的摩爾比、反應(yīng)溫度等工藝條件下，會比相同條件下不加速效劑的油脂酯交換反應(yīng)時間縮短或產(chǎn)出率增加。酯交換反應(yīng)速效劑調(diào)制方法按速效劑生產(chǎn)配方，將原料依次投入搪瓷或者不銹鋼反應(yīng)罐中，加熱，當(dāng)溫升至6065(《65)。C時，開動攪拌，攪拌速度為60r/min，40min左右停止加熱。冷卻至40。C時停止攪拌，取樣按速效劑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)檢驗，合格后即可包裝備用或者入庫待出廠。酯交換反應(yīng)速效劑產(chǎn)品主要性能指標(biāo)1)外觀深棕色透明均一液體；2)氣味無特殊不良?xì)馕叮?)pH值(20°C，0.2%速效劑水溶液)，6.58.5;4)密度(20°C，g/cm3)，0.980.99;5)耐寒(0±2°C，24h)，恢復(fù)至室溫，無異?，F(xiàn)象；6)耐熱(40±2°C，24h),恢復(fù)至室溫，無異?，F(xiàn)象。使用本發(fā)明提供的速效劑，能明顯提高酯交換法的反應(yīng)速率。具體實施例方式下面結(jié)合光皮樹果實油和大豆油加入酯交換反應(yīng)速效劑的試驗過程來說明該產(chǎn)品的應(yīng)用方式及其性能。實施例1、酯交換速效劑的調(diào)配配比l:脂肪醇聚氧乙烯醚42克，烷基酚聚氧乙烯醚23克，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯11.5克，失水山梨醇脂肪酸酯0.5克，蓖麻油聚氧乙烯醚0.5克，三乙醇胺22.5克。配比2:脂肪醇聚氧乙烯醚40克，烷基酚聚氧乙烯醚20克，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯14克，失水山梨醇脂肪酸酯0.4克，蓖麻油聚氧乙烯醚O.O克，三乙醇胺22.5克。操作將上述物料倒入置于恒溫水浴中的物料混合器中，攪拌，升溫至6(TC;待物料呈黃色透明的均勻液體時停止加熱，繼續(xù)攪拌冷卻至4(TC。取出上述物料與多功能乳化劑按7:3的比例混合，即成酯化速效劑。說明根據(jù)配方不同，由配比1和配比2制備的速效劑分別記為速效劑a和速效劑b。速效劑a中各成分的比例脂肪醇聚氧乙烯醚29.40%，垸基酚聚氧乙烯醚16.10°/。，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯8.05%，失水山梨醇脂肪酸酯0.35%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.35%，三乙醇胺15.75%，多功能乳化劑30%。速效劑b中各成分的比例脂肪醇聚氧乙烯醚28.90%,烷基酚聚氧乙烯醚14.46%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯10.12%，失水山梨醇脂肪酸酯0.28%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.00%，三乙醇胺16.24%,多功能乳化劑30%。2、試驗裝置1)儀器磁力攪拌器1臺，250毫升三頸瓶1個，玻璃蛇形冷卻器1支，250毫升分液漏斗1支，溫度計1支；2)安裝選取與三頸瓶三頸適配的橡膠塞，分別按中頸與冷卻器尾管，側(cè)頸與溫度計、分液漏斗落液管打孔，接好冷卻器進出水乳膠管；將三頸瓶安裝于磁力攪拌器上的支架上，并放進磁力轉(zhuǎn)子；將溫度計、分液漏斗分裝于兩側(cè)頸上。3、反應(yīng)體系生物柴油的反應(yīng)原料油取食用大豆油和光皮樹果實油，其他反應(yīng)條件適當(dāng)調(diào)整，考察速效劑對酯交換反應(yīng)的影響，具體見表l。表1反應(yīng)體系一覽表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>4、試驗過程添加酯交換反應(yīng)速效劑，堿催化豆油、光皮樹果實油等油脂酯交換生產(chǎn)生物柴油，對比油脂的轉(zhuǎn)化率和甘油的產(chǎn)量來分析速效劑在酯交換反應(yīng)中的作用。具體操作步驟如下將稱好的油相(豆油、速效劑)加于三頸瓶中，將稱好的醇相(甲醇、催化劑甲醇鈉)加于分液漏斗中，并將甲醇鈉搖溶于甲醇中；打開磁力攪拌器開關(guān)，強檔加熱三頸瓶中的油相；當(dāng)溫升至65。C時，開啟冷卻器冷卻水、磁力攪拌、分液漏斗，將醇相加入油相。此時物料降溫，加大升溫速度，使溫度回升至6(TC。并控制在60士3。C，反應(yīng)25分鐘左右，改低檔或者停止加熱。掌握物料逐步冷卻降溫至5(TC止，反應(yīng)所需時間為40min(或30min)。將反應(yīng)后生成物料冷卻至室溫，倒入分液漏斗靜置，分離出下層甘油等生成物，進行稱量并記錄。以甘油質(zhì)量或氣相色譜法分析甲酯產(chǎn)量來計算轉(zhuǎn)化率。5、結(jié)果對比表1列出了不同反應(yīng)體系的酯交換反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果如下:表1速效劑對酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響編號轉(zhuǎn)化率/%備注A128.49相對轉(zhuǎn)化率B97.53相對轉(zhuǎn)化率C100參照，常規(guī)堿法D98.36氣相法，絕對轉(zhuǎn)化率E95.63氣相法，絕對轉(zhuǎn)化率F98.72氣相法，絕對轉(zhuǎn)化率6、結(jié)果分析1)比較體系A(chǔ)、B、C的酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，結(jié)果表明添加速效劑有利于酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的提高，有利于縮短酯交換反應(yīng)的時間。2)對比體系A(chǔ)、B、C和D、E、F的酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，結(jié)果表明添加速效劑對不同原料油的酯交換反應(yīng)均有一定程度的促進作用。3)比較體系D、E、F的酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，結(jié)果表明不同的油脂應(yīng)添加適合該油脂的特定酯交換反應(yīng)速效劑。權(quán)利要求1、一種提高油脂與低級醇酯交換反應(yīng)速率的方法，其特征在于在反應(yīng)體系中加入能降低油脂和低級醇分子間的界面能的非離子表面活性劑。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所加入的非離子表面活性劑是脂肪醇聚氧乙烯醚0.150.0%，垸基酚聚氧乙烯醚0.130.0%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.035.00^，三乙醇胺0.140.0%，多功能乳化劑1030%;其中多功能乳化劑具體配比如下烷基苯磺酸30%月桂醇酰胺25%多聚萜烯15%N-環(huán)己基硫代酞酰亞胺15%苯酚15%3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于脂肪醇聚氧乙烯醚28-30%，垸基酚聚氧乙烯醚14-17%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯8-11%，失水山梨醇脂肪酸酯0.28—0.35%，蓖麻油聚氧乙烯醚0—0.35%，三乙醇胺15—17%，多功能乳化劑30%。4、一種提高油脂與低級醇酯交換反應(yīng)速率的組合物，其特征在于包括下列組分脂肪醇聚氧乙烯醚0.150.0%，烷基酚聚氧乙烯醚0.130.()0%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.035.0%，三乙醇胺0.140.0%，多功能乳化劑1030%;其中多功能乳化劑具體配比如下烷基苯磺酸30%月桂醇酰胺25%多聚萜烯15%N-環(huán)己基硫代酞酰亞胺15%苯酚15%。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合物，其特征在于脂肪醇聚氧乙烯醚28-30%，烷基酚聚氧乙烯醚14-17%,聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯8—11%，失水山梨醇脂肪酸酯0.28—0.35%，蓖麻油聚氧乙烯醚0—0.35%，三乙醇胺15-17%，多功能乳化劑30%。6、制備提高油脂與低級醇酯交換反應(yīng)速率的組合物的方法，其特征在于將原料依次投入容器中加熱，當(dāng)溫度升至6065'C時，開動攪拌，攪拌速度為60r/min，控制溫度不高于65°C，40min左右停止加熱；冷卻至4(TC時停止攪拌，即可。全文摘要本發(fā)明涉及一種提高油脂與低碳醇酯交換反應(yīng)速率的方法。本發(fā)明提供的提高酯交換法生產(chǎn)生物柴油反應(yīng)速度的方法是，在反應(yīng)體系中加入能降低油脂和低級醇分子間的界面能的非離子表面活性劑。本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)上述方法的組合物，其組成是脂肪醇聚氧乙烯醚0.1～50.0％，烷基酚聚氧乙烯醚0.1～30.0％，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯0.0～45.0％，失水山梨醇脂肪酸酯0.0～45.0％，蓖麻油聚氧乙烯醚0.0～35.0％，三乙醇胺0.1～40.0％，多功能乳化劑10～30％。使用本發(fā)明提供的方法，能明顯提高酯交換法的反應(yīng)速率。文檔編號B01F17/42GK101423472SQ20081014343公開日2009年5月6日申請日期2008年10月29日優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日發(fā)明者劉汝寬,張良波,曾清華,李培旺,李昌珠,肖志紅,健陳申請人:湖南省林業(yè)科學(xué)院