专利名称：一种制备支链酯的反应器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种酯化反应，具体地说是一种制备支链酯的反应器及其制备 方法。
背景技术：
低分子量的酯可用作溶剂，分子量较大的酯是良好的增塑剂。带有支链的醇 形成的酯具有低粘度、对皮肤无刺激、互溶性好等优良特性，是优良的润滑油，
被广泛用于香料、香精、化妆品、医药、杀虫剂、纺织、洗涤和药品等方面。
工业上，支链酯的生产方法主要是支链醇与脂肪酸进行直接酯化。这是一个 可逆反应，反应生成的水影响反应平衡，这是反应转化率无法提高的重要原因。 为此常采用恒沸脱水的方法，让酯化反应生成的水与引入的恒沸剂、醇一起形成 恒沸，带出水。但目前使用的恒沸剂为苯、甲苯等，毒性较高，对支链酯在化妆 品、药品等方面的应用并不适合；而且现有方法存在制备支链酯的反应时间很长， 催化剂用量大、成本高，温度难于控制以及反应转化率较低等问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种制备支链酯的反 应器及其制备方法，采用本发明所述的反应器制备支链酯，不但能耗低，催化剂
用量少，体系简单，反应时间短，醇酸比低，反应效率高，转化率高；而且无毒 性，可以用在化妆品、药品等领域。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
一种制备支链酯的反应器，其特征在于它包括炉体，在炉体外设有加热套， 炉体内部设有腔体，在腔体上部设有进料管；在腔体内设有温度测量装置和一组 气体分布筛板；在炉体上部设有进料口和蒸汽出口，在炉体下部设有放料口。
本发明中，所述进料管的出口位于腔体的底部中央位置，在出口处设有气体 分布器。 一组气体分布筛板为三个且沿腔体纵向均匀分布。这样可以保证反应器 内反应充分。
本发明中的温度测量装置可以是温度计探头。
一种利用上述反应器制备支链酯的方法，其特征在于它包括以下步骤
A) 将脂肪酸通过反应器的进料口加入到反应器中；此时，反应器的放料 口关闭。为防止脂肪酸氧化，对易氧化的脂肪酸可加入抗氧化剂，抗氧化剂占脂 肪酸质量的0.05%~5%;所述脂肪酸包括各种脂肪酸，可以是饱和脂肪酸，也可 以是不饱和脂肪酸；可以是长链脂肪酸，也可以是短链脂肪酸；可以是直链脂肪 酸，也可以是带有支链的脂肪酸。所述抗氧化剂包括各种种类抗氧化剂。
B) 将催化剂加入醇中并溶解，催化剂占上述脂肪酸质量的0.05%~5%;醇 的量应大于或等于溶解催化剂所需的量；所述催化剂包括各种种类的催化剂，可 以是有机物，也可以是无机物，可以是能溶解于醇中的催化剂，也可以是固体类 催化剂，如果是固体类催化剂，需要将之预先均匀置于反应器中。
C) 通过炉体外的加热套预热反应器，使反应器内温度高于反应器内压力 下的醇沸点；并使反应器的蒸汽出口处于开启状态。
D) 将步骤C)中所述的已加入催化剂的醇通过进料管加入反应器中，当 已加入催化剂的醇完全通入后，立即改为通入未加催化剂的同种醇，并保持通入 速率不变，持续通入直至反应结束。加入时，可以通过一定的速率将醇通过进料 管加入反应器中，同时由设置在反应器蒸汽出口处的冷凝装置回收醇。
E) 打开反应器的放料口，取出并分离反应液，得到制备的支链酯。 本发明中，所述反应压力可以是常压或加压；反应温度应高于在该反应器
内部压力下所述醇的沸点，在20-300摄氏度均可，反应时间为0.5 6h。所述速 率可以是任何合适的气体/液体流速。
本发明中，所需醇的量大于或等于溶解催化剂所需的最小量。醇具有如下 结构通式<formula>see original document page 5</formula>
式中R1可以为H、 CH3、 C2H5、 C3H7、 C4H9中的任意一种；
R2可以为H、 CH3、 C2H5、 C3H7中的任意一种。
与现有技术相比，本发明所述的反应器可以精确控制反应温度，使反应物 之一的支链醇以气体形式存在于反应器内反应，以气体翻腾代替机械搅拌，去除 了电机搅拌装置，减少了反应能耗，在不使用带水剂的情况下将反应生成的水带 走，縮短了酯化反应时间，提高反应效率，减少催化剂用量和醇酸比，制备了低 酸值高纯度的支链酯，反应转化率可达99％以上。而且由于没有使用苯、甲苯等 毒性较高的恒沸剂，制得的支链酯无毒性，可以用在化妆品、药品等领域。
图1是本发明中反应器的结构示意图2是图1的A-A视图3是图1的B-B视图。
具体实施例方式
实施例1
一种制备支链酯的反应器，包括炉体1，在炉体1外设有加热套2，炉体1 内部设有腔体3，在腔体3上部设有进料管4;在腔体3内设有温度测量装置6 和一组气体分布筛板5;在炉体1上部设有进料口7和蒸汽出口9，在炉体l下 部设有放料口8。温度测量装置6是温度计探头。
为保证反应器内反应充分，进料管4的出口 41位于腔体3的底部中央位置， 在出口 41处设有气体分布器42。 一组气体分布筛板5为三个，且沿腔体3纵向 均匀分布。
一种利用上述反应器制备支链酯的方法，采用油酸与甲醇反应。
将0.8g亚磷酸与250g油酸充分混合后由进料口 7加入反应器中，此时放 料口8处于关闭状态；再将2.5g浓硫酸加入100ml甲醇中溶解；常压下预热反 应器使反应器内温度达到100℃，此时蒸汽出口 9处于开启状态；然后按6ml/min 的速率将这100ml甲醇通过进料管4加入反应器中，完全通入时立即改为通入未加催化剂的甲醇，保持通入速率不变，持续通入直至反应结束。同时由设置在反 应器蒸汽出口处的冷凝装置回收醇；保持温度恒定反应3h。打开放料口 8，取出 并分离反应液得到油酸甲酯，反应转化率达到99.7%。
实施例2
反应器同实施例l。
又一种利用上述反应器制备支链酯的方法，采用油酸与异丙醇反应。
将l.Og亚磷酸与250g油酸充分混合后加入反应器中；再将2.5g乙苯磺酸 加入100ml异丙醇中溶解；常压下预热反应器使反应器内温度达到120'C;然后 按8ml/min的速率将这100ml异丙醇通过进料管加入反应器中，完全通入时立即 改为通入未加催化剂的异丙醇，保持通入速率不变，持续通入直至反应结束。同 时由反应器出口冷凝装置回收醇；保持温度恒定反应4h，分离反应液得到油酸 异丙酯，反应转化率达到99.1%。
实施例3
反应器同实施例1。
又一种利用上述反应器制备支链酯的方法，采用棕榈酸与异丙醇反应。
将0.5g亚磷酸与250g棕榈酸充分混合后加入本发明所用的酯化反应器中； 再将2.5g乙苯磺酸加入100ml异丙醇中溶解；常压下预热反应器使反应器内温 度达到130'C;然后按5ml/min的速率将这100ml异丙醇通过进料管加入反应器 中，完全通入时立即改为通入未加催化剂的异丙醇，保持通入速率不变，持续通 入直至反应结束。同时由反应器出口冷凝装置回收醇；保持温度恒定反应4.5h， 分离反应液得到棕榈酸异丙酯，反应转化率达到99.2%。
实施例4
反应器同实施例1。
又一种利用上述反应器制备支链酯的方法，采用月桂酸与叔丁醇反应。
将0.5g亚磷酸与250g月桂酸充分混合后加入本发明所用的酯化反应器中； 再将2.5g乙苯磺酸加入100ml叔丁醇中溶解；常压下预热反应器使反应器内温 度达到140℃;然后按7ml/min的速率将这100ml叔丁醇通过进料管加入反应器 中，完全通入时立即改为通入未加催化剂的叔丁醇，保持通入速率不变，持续通 入直至反应结束。同时由反应器出口冷凝装置回收醇；保持温度恒定反应3.5h， 分离反应液得到月桂酸叔丁酯，反应转化率达到99.5%。
实施例5
反应器同实施例1。
又一种利用上述反应器制备支链酯的方法，采用硬脂酸与异丁醇反应。 将0.5g亚磷酸与250g硬脂酸充分混合后加入本发明所用的酯化反应器中； 再将2.5g乙苯磺酸加入100ml异丁醇中溶解；常压下预热反应器使反应器内温 度达到160℃;然后按4ml/min的速率将这100ml异丁醇通过进料管加入反应器 中，完全通入时立即改为通入未加催化剂的异丁醇，保持通入速率不变，持续通 入直至反应结束。同时由反应器出口冷凝装置回收醇；保持温度恒定反应4.5h， 分离反应液得到硬脂酸异丁酯，反应转化率达到99.0%。
权利要求
1、一种制备支链酯的反应器，其特征在于它包括炉体(1)，在炉体(1)外设有加热套(2)，炉体(1)内部设有腔体(3)，在腔体(3)上部设有进料管(4)；在腔体(3)内设有温度测量装置(6)和一组气体分布筛板(5)；在炉体(1)上部设有进料口(7)和蒸汽出口(9)，在炉体(1)下部设有放料口(8)。
2、 根据权利要求1所述的一种制备支链酯的反应器，其特征在于所述进 料管(4)的出口 (41)位于腔体(3)的底部中央位置，在出口 (41)处设有气 体分布器(42)。
3、 根据权利要求1所述的一种制备支链酯的反应器，其特征在于 一组气 体分布筛板(5)为三个且沿腔体(3)纵向均匀分布。
4、 一种利用权利要求1所述的反应器制备支链酯的方法，其特征在于它包括以下步骤A) 将脂肪酸通过反应器的进料口加入到反应器中；此时，反应器的放料 口关闭；B) 将催化剂加入醇中并溶解，催化剂占上述脂肪酸质量的0.05%~5%;醇 的量大于或等于溶解催化剂所需的量；C) 通过炉体外的加热套预热反应器，使反应器内温度高于反应器内压力 下的醇沸点；并使反应器的蒸汽出口处于开启状态；D) 将步骤B)中所述的己加入催化剂的醇通过进料管加入反应器中，当 已加入催化剂的醇完全通入后，立即改为通入未加催化剂的同种醇，并保持通入 速率不变，持续通入直至反应结束；E) 打开反应器的放料口，取出并分离反应液，得到制备的支链酯。
5、根据权利要求4所述的制备支链酯的方法，其特征在于在在步骤A) 中，在脂肪酸中加入抗氧化剂；将已加入抗氧化剂的脂肪酸通过反应器的进料口 加入到反应器中；抗氧化剂占脂肪酸质量的0.05%~5%。
6、 根据权利要求4所述的制备支链酯的方法，其特征在于在步骤A)中 所述脂肪酸是饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸；是长链脂肪酸或短链脂肪酸；是直链 脂肪酸或带有支链的脂肪酸。
7、 根据权利要求4所述的制备支链酯的方法，其特征在于在步骤B)中 所述催化剂是有机物或无机物；是溶解于醇中的催化剂或固体类催化剂。
8、 根据权利要求7所述的制备支链酯的方法，其特征在于所述固体类催 化剂在脂肪酸加入到反应器前预先均匀置于反应器中。
9、 根据权利要求4所述的制备支链酯的方法，其特征在于在步骤D)中， 反应压力为常压或加压；反应时间为0.5~6h。
10、根据权利要求4所述的制备支链酯的方法，其特征在于在步骤B)中， 所述醇的结构通式为，<formula>complex formula see original document page 3</formula>式中，Ri为H、 CH3、 C2H5、 C3H7、 C4H9中的任意一种; R2为H、 CH3、 C2H5、 C3H7中的任意一种。
全文摘要
本发明公开了一种制备支链酯的反应器及其制备方法，反应器包括炉体，在炉体外设有加热套，炉体内部设有腔体，在腔体上部设有进料管；在腔体内设有温度测量装置和一组气体分布筛板；在炉体上部设有进料口和蒸汽出口，在炉体下部设有放料口。制备酯时，首先在脂肪酸中加入抗氧化剂；并将脂肪酸加入反应器中；再将催化剂加入醇中并溶解；使反应器内温度高于醇沸点；然后将加催化剂的醇通过进料管加入反应器中，完全通入时立即改为继续通入未加催化剂的同种醇，持续通入直至反应结束，分离反应液可得到所需酯。本发明不但能耗低，催化剂用量少，反应时间短，醇酸比低，转化率高；而且无毒性，可以用在化妆品、药品等领域。
文档编号C07C67/00GK101343222SQ200810124538
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月25日 优先权日2008年8月25日
发明者雪 李, 王渊涛, 章留留, 胡筱婷, 海 邹, 顾全荣 申请人:南京大学