专利名称：一种制备脂肪酰基-n-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学合成领域，具体来说涉及一种制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺。
背景技术：
长链酰基氨基酸型表面活性剂由于其极低的刺激性、无毒、易生物降解等优点得到了广泛的应用。脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠属长链酰基氨基酸型表面活性剂的一类，在分子中具有与酰胺基结合的磺酸基，与阴离子、非离子、两性表面活性剂有良好配伍，是一种安全性较高的阴离子表面活性剂，具有优良的水溶性、耐硬水性、耐碱性、耐酸性，发泡性也很优良，洗后的手感很好，能赋予毛发、皮肤温和、滋润、滑爽的感觉，适应配制各类中高档洗发液、洗面奶和浴剂，也可用作毛纺和丝绸印染工业的精炼剂、净洗剂。脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂一般可由直接法和间接法制得，直接法是指以脂肪酸或脂肪酸酯(动植物油)与N-甲基牛磺酸钠进行缩合反应的工艺，间接法合成工艺则主要是脂肪腈水解酰化反应工艺、脂肪酰氯与N-甲基牛磺酸钠在碱性催化剂作用的肖顿-鲍曼反应工
f坐乙-rf* O美国专利US5496959A提供了一种以脂肪酸(如硬脂酸、椰油酸)为原料，直接与N-甲基牛磺酸钠缩合制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠的工艺。目前直接法由于其反应产率低、反应条件苛刻等问题而在产业化上存在困难，目前在工业上主采用间接法的肖顿-鲍曼缩合工艺。目前以肖顿-鲍曼缩合生产脂`肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的工艺主要分为单锅连续生产和单锅间歇生产。单锅连续生产具有自动化程度高的优势，但需要先预制一定量的成品进行循环，设备造价高，在开停车及设备维护上要求高，适合对成品的需求量非常大且合成原料中的脂肪酰氯水解活性相对较低的肖顿-鲍曼缩合反应，如以油酰氯为原料合成油酰基甲基牛磺酸钠(209洗涤剂)。由于肖顿-鲍曼反应是在碱性条件下进行，这将加速脂肪酰氯的水解，文献《椰油酰基甲基牛磺酸钠的合成与性能》，日用化学品科学，2009，6，采用单锅法合成椰油酰基甲基牛磺酸钠，在优化工艺下，椰油酰氯的水解率在7%以上。为减小肖顿-鲍曼反应中脂肪酰氯的水解率，生产上可以采取的措施主要有降低反应温度、增大原料N-甲基牛磺酸钠与脂肪酰氯的物质的量比、提高脂肪酰氯的分散效率三个方面。对于降低反应温度的措施，对抑制脂肪酰氯的水解有一定效果，但同时也会降低主反应的速度，一方面会消耗过多的能量，另一方面也会延长生产周期。提高N-甲基牛磺酸钠的投料比，在其过量的情况下能一定程度的减少副反应的发生，但超过一定程度后抑制酰氯水解的效果并不明显，且在生产成本控制上是不合理的。提高脂肪酰氯的分散效率是以本工艺生产脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠产品的改进及创新方向。美国专利US6828452公布了一种改进的双滴加设备，通过在反应釜上外接的一个制冷交换设备进行物料循环及热交换，起到降低物料温度和分散脂肪酰氯的效果，适合制备多种脂肪酰氯与氨基酸缩合制备表面活性剂的生产工艺。中国专利CN102126984A公布了一种N-长链酰基氨基酸盐的缩合生产工艺和专用设备，该发明专利中通过外接的填料预混装置，提高了脂肪酰氯的扩散速度，从而提高表面活性剂的质量，脂肪酸盐在产品中的含量比单锅反应降低了 50%-75%，投料比降低，缩合所需时间减少。该发明投料、放料及PH值的调整等操作主要在一个反应釜内进行，仍然属于单锅操作，加入反应系统的脂肪酰氯在进入预混装置前及预混和反应到一定程度前仍会处于过量状态。综上所述，目前国内外主要采用单锅法生产脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性齐U，在减少脂肪酰氯水解，提高产品质量，缩短生产周期和提高产品生产效率上仍有待改
善在采用传统的单锅法生产中，N-甲基牛磺酸钠水溶液先加入反应釜中，脂肪酰氯、碱性催化剂和敷酸剂以双滴加的方式加入反应釜中，我们发现随着反应的进行，N-甲基牛磺酸钠的过量程度降低，脂肪酰氯加入反应料面或反应料中都存在局部过量的情况，对加料速度快或单批量大的操作，酰氯的水解情况更加严重，严重影响产品的质量。同时对生产中温度的控制及PH值的条件要求比较严格，产品粘度较高，放料包装的时间也比较长，生产效率不高。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，以解决上述背景技术中的问题。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，通过将单锅操作改为双锅操作，在缩合反应釜内先加入N-甲基牛磺酸钠水溶液，将脂肪酰氯加料管末端改装成液滴喷洒装置，喷洒装置为长管形或者圆盘形，喷洒装置的管体或盘面上分布有直径0.2-2mm的小孔，在压力作用下，料液从小孔中喷出，在不同角度的喷射及相互碰撞下，料液分散成细小液滴，在反应过程中，脂肪酰氯以细小液滴的方式滴落在反应液料面，大大提高了分散效率，避免了局部过量而导致的水解，同时也提高了加料速度，缩短了反应时间，同时滴加催化剂和缚酸剂；加料完成后，粗产品转移至乳化锅中，逐渐升高物料温度，将残余的脂肪酰氯反应完全，同时进行消泡灭菌及PH值调整。产品液化后粘度降低，流动性变好，放料包装速度加快，双锅同时操作，单批产品的生产时间可减少50%以上，大大的提高了生产效率，同时设备简易，操作简单，产品质量容易控制。采用本发明的工艺中，所述的脂肪酰氯为选自椰油酰氯、月桂酰氯、豆蘧酰氯、棕榈酰氯、硬脂酰氯、油酰氯、C8_24脂肪酰氯中的至少一种，高位槽存放，并经酰氯滴加管道和喷洒装置滴加入酰化反应釜中。可以选择辅助的加压设备，增大酰氯的液压，以使喷洒的液滴均匀细小。采用本发明的工艺中，所述N-甲基牛磺酸钠水溶液中N-甲基牛磺酸钠的质量百分含量为5%-80%，优选10%-60%，更优选15%-40%，在滴加脂肪酰氯反应前先加入到反应釜中进行冷却降温，直到设定的反应温度。对本工艺，反应温度应控制在60°C以下，优选控制在40°C以下，更优选控制在30°C以下。反应系统的降温由反应釜外接的制冷设备控制。
采用本发明的工艺中，所述催化剂和缚酸剂为选用NaOH、KOH、NaCO3> KCO3中的至少一种配成的水溶液，高位槽存放，并经催化剂滴加管道滴加入酰化反应釜中。对本工艺，缩合反应的pH值应控制在11.5以下，优选控制在10.5以下，更优选应控制在10以下。采用本发明的工艺中，在脂肪酰氯及敷酸剂滴加完成后物料转移至乳化锅中，通过乳化锅外接的加热设备加热，逐渐升高物料温度，自至物料液化，气泡消除。对本工艺，乳化锅内物料温度应控制在100°c以下，优选控制在90°C以下，更优选控制在80°C以下。采用本发明的工艺中，pH调整剂可选用有机酸也可选用无机酸，如盐酸、硫酸、磷酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸，优选盐酸。PH调整剂由高位槽及滴加管道引入乳化锅中，调整物料pH值至所需程度，对本工艺，物料pH值应调在10以下，优选9以下，更优选8以下。与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明单批生产产品的生产时间可减少50%以上，大大的提高了生产效率，同时设备简易，操作简单，产品质量容易控制。
图1是双锅工艺生产脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的主要工艺及流程图。图2是长管形滴液装置垂直剖面图。图3是圆盘形滴液装置垂直切面图。
图1中，1-空气压缩机，2-制冷机，3-酰氯高位槽，4-催化剂及敷酸剂高位槽，5-缩合反应釜，6-喷洒装置，7-泵，8-蒸汽加热器，9-高位槽，10-乳化锅，11-至酰氯高位槽管道，12-至泵管道，13-至乳化锅管道，14-出料管道。图2中，21-管体，22-开孔，23-封头。图3中，31-盘面，32-开孔区域。
具体实施例方式为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。实施例1
用附图1所示的双锅反应生产椰油酰基-N-甲基牛磺酸钠，操作过程如下:将质量分数为40%N-甲基牛磺酸钠水溶液278kg加入反应釜中，加入去离子水170kg。将154kg椰油酰氯抽入酰氯高位槽，IOOkg敷酸剂抽入相应高位槽。启动制冷机，搅拌下将N-甲基牛磺酸钠的水溶液降温至15°C，开始滴加酰氯、催化剂和敷酸剂，椰油酰氯滴加速度控制在50-60L/h，敷酸剂滴加速度控制在35-40L/h。在滴加物料反应过程中，料温应控制在40°C以下，pH值应控制在9-11之间，3-3.5h滴加完毕，将物料转移至乳化锅，启动蒸汽加热，搅拌下逐渐升高料温至75°C，料液透明流动性好，从高位槽滴加入质量分数为31%的浓盐酸2kg，将产品pH值调至7.0-8.5，取样检测，放料包装。在上述投料比及其它操作工艺条件下平行生产16批，各批数据如下:
权利要求
1.一种制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，将单锅操作改为双锅操作，先向缩合反应釜内加入N-甲基牛磺酸钠水溶液，所述N-甲基牛磺酸钠水溶液中N-甲基牛磺酸钠的质量百分含量为5%-80%，再进行冷却降温，反应温度控制在60°C以下，将脂肪酰氯加料管末端改装成液滴喷洒装置，喷洒装置设有小孔，在压力作用下，料液从小孔中喷出，在不同角度的喷射及相互碰撞下，料液分散成细小液滴，在反应过程中，脂肪酰氯以细小液滴的方式滴落在反应液料面，同时滴加催化剂和缚酸剂，缩合反应的PH值控制在11.5以下；加料完成后，将粗产品转移至乳化锅中，逐渐升高物料温度并控制在100°C以下，将残余的脂肪酰氯反应完全，同时进行消泡灭菌，用pH调整剂调整pH值在10以下。
2.根据权利要求1所述的制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，所述喷洒装置为长管形或者圆盘形，喷洒装置的管体或盘面上分布有直径0.2-2mm的小孔。
3.根据权利要求1所述的制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，所述的脂肪酰氯为选自椰油酰氯、月桂酰氯、豆蘧酰氯、棕榈酰氯、硬脂酰氯、油酰氯、C8_24脂肪酰氯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，所述N-甲基牛磺酸钠水溶液中N-甲基牛磺酸钠的质量百分含量为10%-60% ;反应温度应控制在40°C以下；反应系统的降温由反应釜外接的制冷设备控制。
5.根据权利要求1或4所述的制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，所述N-甲基牛磺酸钠水溶液中N-甲基牛磺酸钠的质量百分含量为15%-40% ;反应温度应控制在30°C以下。
6.根据权利要求1所述的制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，所述催化剂和缚酸剂为选用Na0H、K0H、NaC03、KC03中的至少一种配成的水溶液。
7.根据权利要求1或6所述的制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，缩合反应的PH值控制在10以下。
8.根据权利要求1所述的制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，在脂肪酰氯及敷酸剂滴加完成后，粗产品转移至乳化锅中，通过乳化锅外接的加热设备加热，逐渐升高物料温度，自至物料液化，气泡消除；乳化锅内物料温度控制在80°C以下。
9.根据权利要求1所述的制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，pH调整剂选用有机酸或者选用无机酸。
10.根据权利要求1或9所述的制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，其特征在于，pH调整剂选用盐酸，调整pH值在8以下。
全文摘要
一种制备脂肪酰基-N-甲基牛磺酸钠表面活性剂的生产工艺，将单锅操作改为双锅操作，先向缩合反应釜内加入N-甲基牛磺酸钠水溶液，再进行冷却降温，将脂肪酰氯加料管末端改装成液滴喷洒装置，喷洒装置设有小孔，在压力作用下，料液从小孔中喷出，在不同角度的喷射及相互碰撞下，料液分散成细小液滴，在反应过程中，脂肪酰氯以细小液滴的方式滴落在反应液料面，同时滴加催化剂和缚酸剂；加料完成后，粗产品转移至乳化锅中，逐渐升高物料温度，将残余的脂肪酰氯反应完全，同时进行消泡灭菌，调整pH值。本发明单批生产产品的生产时间可减少50%以上，大大的提高了生产效率，同时设备简易，操作简单，产品质量容易控制。
文档编号C07C303/32GK103242206SQ20131020895
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月30日 优先权日2013年5月30日
发明者曾平, 谢维跃, 蒋佑清, 王新权, 汤志球, 任立亚, 连元元, 罗帅, 罗江熠, 蒋健 申请人:湖南众业科技实业有限公司