[发明专利]在连续流微通道反应器中制备环氧脂肪酸甲酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用微通道反应器进行脂肪酸甲酯环氧化反应，具体内容包括利用由多种微型全混流结构单元组成的通道模块组合成增强混合型微通道反应器（例如Corning Inc.康宁公司的高通量微通道反应器），利用该反应器合成增塑剂环氧脂肪酸甲酯的方法，是一种在微通道反应器中完成氧化剂过氧甲酸配置，原料预热，环氧化反应过程的连续流工艺过程。本方法可在30～70℃反应条件下连续安全的合成环氧脂肪酸甲酯。

技术背景

环氧脂肪酸甲酯在常温下为浅黄色液体，是一种以天然植物油为原料的新型环保增塑剂。它能有效地替代邻苯二甲酸二辛酯（DOP）或邻苯二甲酸二丁酯（DBP），对于聚氯乙烯塑料制品，将环氧脂肪酸甲酯添加入聚氯乙烯塑料制品中，不仅能使得此类材料的制作成本有所降低，其许多物理性能，如耐加工性、耐热老化性、耐折性等也会有一定程度的提高；在聚氯乙烯薄膜或人造革的加工过程中，将环氧脂肪酸甲酯作为添加剂使用，效果更佳。

环氧脂肪酸甲酯传统的合成方法是脂肪酸甲酯、甲酸、双氧水在浓硫酸催化作用下于45~65℃下在釜式反应器中搅拌反应十几小时，反应结束后静止分层，除去水相，再通过减压蒸馏得到产品环氧脂肪酸甲酯。该工艺存在反应时间长，双氧水用量大，易发生爆炸等缺点。

CN 10239120 A 公开了一种将脂肪酸甲酯与甲酸、磷酸混合升温后加入双氧水，先在常压条件下反应，然后在真空条件下反应，再破真空到常压，而后再次加入双氧水，先后在常压和真空条件下反应。该方法反应速率提高，环氧值提升至3.5%~5.0%

CN 101284821 A 公开一种基于离子液体催化的环氧脂肪酸甲酯制备方法，将碘值大于80的脂肪酸甲酯100份、甲酸10~30份、离子液体催化剂1-10份混合均匀后，搅拌升温至50-70℃，滴加浓度28-55%双氧水30-70份，控制在两小时内滴完，继续反应3-6小时，环氧值达到3%以上。

以上发明均采用传统的间歇釜式反应器，加料方式也是采用的逐滴滴加，虽然大大提高了反应的速率与产品的质量，但是，由于该反应中过氧酸的生成是个强放热反应，反应伴随着温度的急剧升高，因此对于反应安全还是很难控制。

发明内容

本发明是针对传统生产环氧脂肪酸甲酯方法过程时间长，环氧值低，反应过程安全性难以控制等问题所提出的一种新型的高效的连续流生产工艺。原料用计量泵打入反应器中，液体依靠本身动能在模块中完成混合传质，无需外加机械搅拌的装置，其混合效果要远远优于搅拌所产生的传质效果，并且在微通道反应器中，能大大提高对反应温度的控制，避免过程中有局部过热的现象，提高了安全性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种使用微通道反应器制备环氧脂肪酸甲酯的方法，具体步骤如下：

1)      催化剂配制：室温下，将甲酸溶液与浓盐酸按一定比例混合搅拌，配制成均相溶液，作为催化剂待用。

2)      上步所得的催化剂和该反应原料脂肪酸甲酯经由两台计量泵，按一定比例打入微通道反应器的第一块模块预热；氧化剂双氧水由第三台计量泵打入反应器第二块模块预热，预热温度与反应温度相同；三股物料在进入第三块模块开始传质反应后，继续通过一系列传质型模块持续反应，最后通过盘管冷却后接出；反应过程在微通道反应器中停留时间为80~150s，反应温度为30~70℃，反应压力为0~8bar。

3)      得到的产物经过分液，水洗，离心并用无水硫酸钠除水，得到最后需要的产品。

其中所述的增强传质型微通道反应器模块，该模块内微通道结构为直流型通道结构如或增强混合心型通道结构。

本发明涉及的微通道反应器由多块模块组装而成，按结构分为直流型通道模块与增强混合型通道模块。该模块的材质为单晶硅、特种玻璃、陶瓷、涂有耐腐涂层的不锈钢或金属合金、聚四氟乙烯等。反应系统可防腐耐压，耐压能力视材质不同而不同，系统中反应最大安全压力为15～30bar。

本发明进行连续流脂肪酸甲酯环氧化，系统包括原料预热模块和反应模块，具体的模块数量由反应停留时间决定。连接方法为：催化剂和原料预热模块与氧化剂预热模块并联，然后与环氧化反应模块组串联。

本发明脂肪酸甲酯环氧化所用的催化剂为甲酸(88%)和浓盐酸(35%)混合物，其中甲酸与浓盐酸的摩尔比为45：1~15：1；氧化剂为双氧水(35%)，其中双氧水与脂肪酸甲酯的摩尔比为1：1~5：1。