[发明专利]超声场中连续制备脂肪酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源、化工中间体、农药助剂等技术领域，具体是指一种以动植物油脂为原料，碱为催化剂，在超声场中进行动植物油脂与低碳醇的反应，连续制备脂肪酸酯的方法。

背景技术

近年来，随着石油储量的日益减少以及人类对石油燃烧所带来的地球环境影响的关注。开发新的对环境友好的可再生燃油一生物柴油，成为许多科学工作者的奋斗目标。生物柴油，主要是脂肪酸甲酯，属于可再生能源的一种，它的出现可以解决能源危机、环保法规和农业结构调整三大难题。由于生物柴油中不含硫、芳香烃等物质，燃烧时不排放二氧化硫，排出的有害气体比石油柴油减少70％左右，有利于生态环境保护，是目前国内外兴起的一个新的研究领域。

同时，脂肪酸酯，尤其是脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯，也是重要的化工中间体，它们可用于制备脂肪醇、烷醇酰胺等化学品。它们还广泛应用于皮革化工行业，以增强皮革手感，提高皮革强度、面层光亮度、透气性和耐水性。另外，脂肪酸酯还是性能优良的钙皂分散剂，环境友好的农药助剂。

现行脂肪酸酯的生产技术主要是液碱催化酯交换，或者酸催化酯化。酯交换的催化剂常为KOH、NaOH、CH₃ONa、CH₃OK、K₂CO₃、Na₂CO₃，该工艺要求原料油脂和低碳醇必须严格无水、无游离酸，否则易形成乳状物，且催化剂的活性受到很大损害。同时，该反应时间也较长。酸催化酯化工艺对原料要求不严格，但酸对设备有腐蚀性，且副产物很难分离，后处理工序复杂。这二种方法均存在工艺复杂，三废排放多，环境污染严重等问题。因此，找到一种合适的制备方法，简化工艺、减小环境污染、降低生产成本，成为人们近年来研究的热点。

超声波在液体中传播时会产生一系列极端的条件，如急剧放电、产生局部、瞬间的高温、高压并伴生强烈的冲击波，这种能量不仅能够激发或促进许多化学反应、加快反应速度，甚至还可以改变某些化学反应的方向，产生一些令人意想不到的效果。超声的这一效应引起了人们的关注。国内外已有超声强化油脂与甲醇酯交换反应的报道，它们采用的超声设备为清洗槽式或者变幅杆浸入式，且制备脂肪酸甲酯的过程都为间歇式，由于超声在液体中传播时衰减较快，故在放大试验中尚存在超声设备放大困难等问题。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种靠物理场一超声场促进油脂与低碳醇在碱催化下连续制备脂肪酸酯的方法，解决了间歇式制备中超声设备放大困难，以及碱作为催化剂用量大，反应时间较长，后处理复杂，环境污染严重等问题。

本发明通过以下步骤来实现上述目的：

①将碱溶于低碳醇，得到醇溶液。

②醇溶液以及动植物油脂先计量，然后预热至35-140℃，再经管道混合器进行预混合，连续进入高剪切乳化设备，使醇溶液与动植物油脂之间充分分散，再连续进入声化学反应器进行酯交换反应，所得产物经离心分离，得到粗酯。

③粗酯蒸馏除去低碳醇，再用稀酸或自来水洗涤1-3次，然后在100-105℃、真空度为0.01-0.098MPa的条件下脱水，即得脂肪酸酯。

本发明上述步骤①可以是连续操作，也可以是间歇操作；步骤②、步骤③是连续操作。

本发明工艺流程见图1。

本发明所采用的动植物油为大豆油、菜籽油、棉籽油、花生油、棕榈油、猪油、牛油、蓖麻油、葵花籽油、桐油。

本发明所采用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、甲醇钾、碳酸钠、碳酸钾。

本发明所采用的低碳醇为甲醇、乙醇、丙醇。

本发明催化剂的质量为油脂质量的0.05-1.1％；醇油摩尔配比3∶1-25∶1。

本发明醇溶液以及动植物油脂分别经液体流量计计量之后，再分别通过换热器连续预热。

本发明所采用的声化学反应器是由圆形或方形不锈钢管道(1)和2-500个固定在管道外壁的超声波换能器(2)所组成。声化学反应器结构示意图见图2。超声波换能器(2)可以均匀，也可以不均匀分布在不锈钢管道(1)外壁；超声波换能器(2)所发射超声波的频率为16-300kHz，各个超声波换能器(2)所发射超声波的频率可以相同，也可以不同。声化学反应器的功率为100-25000W。工作时，物料连续地从不锈钢管道(1)一端流入，另一端流出。

本发明所采用稀酸为稀硫酸、稀盐酸、稀磷酸、稀醋酸；稀酸物质的量浓度为0.02-0.5mol/L；所采用稀酸或自来水的质量为油脂质量的0.5-30％。