一种油酸甲酯的制备方法、精馏设备及其处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种油酸甲酯的制备方法、精馏设备及其处理工艺，所述方法将酸化油加入到反应釜中，再加入固体酸催化剂搅拌升温，再通入甲醇进行酯化反应，然后将液体粗甲酯加入到精馏设备进行精馏提纯制得油酸甲酯。所述精馏设备包括加热蒸发器、脱色塔、冷凝器、循环泵和储罐，将制得的粗甲酯加入到加热器中进行分解，再流入到脱色塔中，没有分解完全的物料流入到塔底加热管上，进行再次分解，再经回流泵打入到加热器，依次循环，最终制得油酸甲酯。本发明与传统工艺相比，大大节省了甲醇的用量，节约了成本，同时相对于传统的薄膜式刮板蒸发器和传统的冷凝器，本发明的甲酯精馏设备的产率有了很大的提高。
【专利说明】一种油酸甲酯的制备方法、精馏设备及其处理工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机化学合成领域，尤其涉及一种油酸甲酯的制备方法、精馏设备及 其处理工艺。
【背景技术】
[0002] 油酸甲酯是一种非常有潜力的矿物润滑油替代产品，但油酸甲酯中含有大量双 键，导致其氧化稳定性差，难以达到常规润滑油的性能标准。将油酸甲酯进行环氧化，可以 极大的降低其碘价，得到的环氧化油酸甲酯具有较高的氧化稳定性和较好的润滑性能，能 够达到润滑油的性能标准。另外，环氧化油酸甲酯是世界上承认的无毒增塑剂，它具有优良 的热稳定性和光稳定性，并具有良好的增塑耐久性，是一种非常重要的工业助剂。
[0003] 对于油酸甲酯的合成很早就有研究，最典型的传统制备方法是以油酸和甲醇为原 料，使用硫酸为催化剂进行加热回流，反应时间为l〇h,用甲醇钠中和至pH为8?9,再用水 洗至中性，然后用无水氯化钙干燥、过滤。但该方法反应时间较长，同时产品后处理过程工 序多，生成成本高。
[0004] 专利CN103319341A公开了一种油酸甲酯的合成方法，该方法将油酸与甲醇在 H2S04/Si02固载型催化剂下进行酯化反应，然后将反应液过滤，过滤经柱层析提纯得无色透 明油状液体油酸甲酯，其中所述油酸与甲醇的摩尔比为1:1. 5?5,所述催化剂与油酸的摩 尔比为1:10?50。但该制备方法中甲醇用量较大，同时制得的粗甲酯后续处理工艺中无法 实现对物料的循环利用，生产成本高。
[0005] 现有技术中甲酯的精馏设备多采用采用的是薄膜式刮板蒸发器，物料从上流到下 面，大部分物料被蒸发出来，剩余的物料流到蒸发器底部，混在废料中被泵入到废料池中， 严重影响了产品的收率。
[0006] 同时，现有技术中甲酯的精馏设备中的冷凝器多采用传统冷凝器，一端进入气体， 冷却后另一端流出液体，由于冷却面积小、冷却效果差，一部分没有冷却下来的气体被真空 抽走，同样对产品的收率带来了严重的影响。
【发明内容】
[0007] 针对上面所述的现有技术中的制备方法中甲醇用量较大，后续处理工艺中无法实 现对物料的循环利用，产品收率低等问题，本发明提供了一种油酸甲酯的制备方法、精馏设 备及其处理工艺，本发明采用了以下技术方案：
[0008] -种油酸甲酯的制备方法，所述方法包括以下步骤：将酸化油加入到反应釜中， 再加入固体酸催化剂H 2S04/Si02，搅拌并逐渐升温，再通入甲醇进行酯化反应，其中酸化油 与甲醇的质量比为1?1. 5:1，当酸值< 2mg/g时反应结束，然后将液体粗甲酯加入到精馏 设备进行精馏提纯制得油酸甲酯。
[0009] 所述酸化油与甲醇的质量比为1?1. 5:1，例如1:1、1. 1:1、1. 2:1、1. 3:1、1. 4:1或 I. 5:1 等。
[0010] 上述酸值可以为 2mg/g、l. 9mg/g、l. 7mg/g、l. 5mg/g、l. 3mg/g、lmg/g、0. 9mg/g、 0· 7mg/g、0. 5mg/g、0. 3mg/g 或 0 等。
[0011] 所述固体酸催化剂H2S04/Si02的用量为酸化油质量的4?6%。，例如4%。、4. 3%。、 4. 5%。、4. 7%。、5%。、5. 3%。、5. 5%。、5. 7%。或 6%。等，优选 5%。。
[0012] 所述方法中搅拌升温至90?95°C，例如90°C、91°C、92°C、93°C、94°C或95°C等，优 选 95°C。
[0013] 所述通入甲醇的时间为3?5h，例如3h、3. 5h、4h、4. 5h或5h等。
[0014] 所述酸化油为棉籽酸化油、大豆酸化油或菜籽酸化油中任意一种或至少两种的组 合物，所述组合典型但非限制性的实例有：棉籽酸化油和大豆酸化油的组合，大豆酸化油和 菜籽酸化油的组合，棉籽酸化油、大豆酸化油和菜籽酸化油的组合等。
[0015] 一种上述制备方法中使用的精馏设备，该设备包括加热蒸发器、脱色塔、冷凝器、 循环泵和储罐，其中加热蒸发器的出料口与脱色塔中部相连，脱色塔顶部出料口与冷凝器 入口相连，冷凝器出口与储罐相连，脱色塔底部分别与储罐和循环泵的入口相连，循环泵的 出口与加热蒸发器的入口相连。
[0016] 所述脱色塔中包括加热器和再沸器，其中加热器位于脱色塔底部，再沸器位于脱 色塔的底部，加热器的下方。
[0017] 所述冷凝器采用间壁式循环冷却器，其中间隔断，冷凝器采用上进下出的方式，气 体进入循环一圈后冷却成液体出料，冷却管道加长，面积增大，冷却效果增大，提高了产品 的收率，减小了浪费。
[0018] 上述的精馏设备的处理工艺，该工艺流程如下：粗甲酯加入到加热蒸发器中进行 分解，分解出的气液混合物进入脱色塔中，气体向上进行脱色后进入冷凝器进行冷凝，得到 液体油酸甲酯存入储罐，未气化的液体流到脱色塔底部加热器上再次分解，分解出的气体 向上脱色后进入冷凝器冷却形成产品进入储罐，未分解的液体落到脱色塔底部经循环泵进 入加热器进行再次分解循环，当分解完全的物料被蒸发干净后，再将废料泵入到脱色塔底 部储罐中作为浙青利用，这样大幅度提高产品的收益率。
[0019] 有益效果：
[0020] (1)本发明中酸化油与甲醇的质量比为1?1. 5:1，同时通醇时间为3?5h，与传 统工艺相比，大大节省了甲醇的用量，节约了成本。
[0021] (2)选用固体酸作催化剂不会产生酸水，不会形成碳渣，无须静止分水分渣，这样 能够减少酸水的处理，节约了时间及能源；同时选用固体酸作催化剂，操作工艺简单，生产 时间和设备运转时间缩短，节省了人力和物力。
[0022] (3)精馏设备采用循环加热方式，分上下加热，物料在加热器中进行分解，再流入 到脱色塔中，没有分解完全的物料流入到塔底加热管上，进行再次分解，再经回流泵打入到 加热器，依次循环，当分解完全的物料被蒸发干净后，再将废料泵入到废料池中，这样大幅 度提高产品的收益率，相对于传统的薄膜式刮板蒸发器每天10吨产品的产量，本发明的甲 酯精馏设备可每天生产产品30吨。
[0023] (4)冷凝器采用间隔循环式，冷凝器采用上进下出的方式，中间隔断，气体进入循 环一圈后冷却成液体出料，冷却管道加长，面积增大，冷却效果增大，提高了产品的收率，使 收益率达到了 90%以上，减小了浪费。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是本发明油酸甲酯的精馏设备的装置图。
[0025] 其中，1-加热蒸发器；2-脱色塔；3-加热管；4-再沸器；5-冷凝器；6-储罐一； 储_二；8-循环泵。
【具体实施方式】
[0026] 为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的 实施例如下：
[0027] 实施例1 :
[0028] 将3. 5吨酸化油加入到反应釜中，再加入酸化油质量5%。的固体酸催化剂H2SO4/ SiO2，搅拌并逐渐升温95°C，再通入甲醇进行酯化反应，首次通入甲醇时间为3h，甲醇的用 量为3吨，酸化油与甲醇质量比为1. 17:1当酸值降至2mg/g时反应结束，然后将液体粗甲 酯加入到加热蒸发器1中进行分解，分解出的气液混合物进入脱色塔2中，气体向上进行脱 色后进入冷凝器5进行冷凝，得到液体油酸甲酯存入储罐一 6,未气化的液体流到脱色塔2 底部加热器3上再次分解，分解出的气体向上脱色后进入冷凝器5冷却形成产品进入储罐 一 6,未分解的液体落到脱色塔2底部经循环泵8进入加热蒸发器1进行再次分解循环，当 分解完全的物料被蒸发干净后，再将废料泵入到储罐二7中，所制得的油酸甲酯的产率为 92%。
[0029] 实施例2 :
[0030] 将3. 5吨酸化油加入到反应釜中，再加入酸化油质量4%。的固体酸催化剂H2SO4/ SiO2，搅拌并逐渐升温90°C，再通入甲醇进行酯化反应，通入甲醇时间为5h，酸化油与甲醇 的质量比为1: 1，当酸值降至2. 5mg/g时反应结束，然后将液体粗甲酯加入到精馏设备进行 精馏提纯制得油酸甲酯，所制得的油酸甲酯的产率为93. 1%。
[0031] 实施例3:
[0032] 将3. 5吨酸化油加入到反应釜中，再加入酸化油质量6%。的固体酸催化剂H2SO4/ SiO2，搅拌并逐渐升温93°C，再通入甲醇进行酯化反应，通入甲醇时间为4h，酸化油与甲醇 的质量比为1. 5:1，当酸值降至2. 3mg/g时反应结束，然后将液体粗甲酯加入到精馏设备进 行精馏提纯制得油酸甲酯，所制得的油酸甲酯的产率为94%。
[0033] 对比例1 :
[0034] 除酸化油与甲醇质量比为1:0. 5外，其他步骤与实施例1中相同，所制得的油酸甲 酯的产率为76.2%。
[0035] 对比例2 :
[0036] 除酸化油与甲醇质量比为1:1. 5外，其他步骤与实施例1中相同，所制得的油酸甲 酯的产率为79.4%。
[0037] 对比例3 :
[0038] 除采用液体H2SO4做催化剂外，其他步骤均与实施例1中相同，所制得的油酸甲酯 的产率为77%。
[0039] 对比例4:
[0040] 除了将液体粗甲酯用薄膜式刮板蒸发器进行提纯外，其他步骤均与实施例1中相 同，所制得的油酸甲酯的产率为78. 6%。
[0041] 对比例5:
[0042] 除了在油酸甲酯精馏设备中采用传统的冷凝器外，其他步骤均与实施例1中相 同，所制得的油酸甲酯的产率为74. 3%。
[0043] 对比例6:
[0044] 除了将液体粗甲酯用硅胶柱层析提纯外，其他步骤均与实施例1中相同，所制得 的油酸甲酯的产率为78. 1%。
[0045] 将实施例1-3和对比例1-4制得的油酸甲酯的产率列于表1中。
[0046] 表1 :实施例1-3和对比例1-6制得的油酸甲酯的产率表
【权利要求】
1. 一种油酸甲酯的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将酸化油加入到 反应釜中，再加入固体酸催化剂H2S04/Si02，搅拌并逐渐升温，再通入甲醇进行酯化反应，其 中酸化油与甲醇的质量比为1?1. 5:1，当酸值< 2mg/g时反应结束，然后将液体粗甲酯加 入到精馏设备进行精馏提纯制得油酸甲酯。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固体酸催化剂H2S04/Si02的用量 为酸化油质量的4?6%。，优选5%。。
3. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述方法中搅拌升温至90? 95°C，优选 95°C。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述通入甲醇的时间为3? 5h ； 优选地，所述酸值优选2mg/g。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述酸化油为棉籽酸化油、 大豆酸化油或菜籽酸化油中任意一种或至少两种的组合物。
6. -种如权利要求1-5任一项所述制备方法中使用的精馏设备，其特征在于，该设备 包括加热蒸发器、脱色塔、冷凝器、循环泵、储罐一和储罐二，其中加热蒸发器的出料口与脱 色塔中部相连，脱色塔顶部出料口与冷凝器入口相连，冷凝器出口与储罐一相连，脱色塔底 部分别与储罐二和循环泵的入口相连，循环泵的出口与加热蒸发器的入口相连。
7. 根据权利要求6所述的精馏设备，其特征在于，所述脱色塔中包括加热器和再沸器， 其中加热器位于脱色塔底部，再沸器位于脱色塔的底部，加热器的下方。
8. 根据权利要求6或7所述的精馏设备，其特征在于，所述冷凝器采用间壁式循环冷却 器，其中间隔断，气体进入循环一圈后冷却成液体。
9. 根据权利要求6-8任一项所述的精馏设备的处理工艺，其特征在于，该工艺流程如 下：粗甲酯加入到加热蒸发器中进行分解，分解出的气液混合物进入脱色塔中，气体向上进 行脱色后进入冷凝器进行冷凝，得到液体油酸甲酯存入储罐，未气化的液体流到脱色塔底 部加热器上再次分解，分解出的气体向上脱色后进入冷凝器冷却形成产品进入储罐，未分 解的液体落到脱色塔底部经循环泵进入加热器进行再次分解循环，当分解完全的物料被蒸 发干净后，再将废料泵入到脱色塔底部储罐中。
10. -种如权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的油酸甲酯。
【文档编号】C07C67/54GK104447307SQ201410605685
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】赵学金 申请人:青岛万泰生物科技有限公司