专利名称：：一种提高油脂与低碳醇酯交换反应速率的方法以及组合物的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种提高油脂与低碳醇酯交换反应速率的方法。本发明还涉及实现上述方法的组合物。
背景技术：
：世界能源紧缺，已经成为不争的事实。目前，工业生产生物柴油的主要方法是以油脂与低碳醇作用而产生脂肪酸低碳醇酯，就是所谓的"酯交换法"。但是，如何提高酯交换法生产生物柴油(以下简称生物柴油)的质量，降低能耗，节约成本，仍然是世界各国所关注的重要研究课题。生产工艺直接影响到生物柴油的产量和质量。研究表明，影响生物柴油产率及速率有五个主要因素，依次为搅拌强度、催化剂用量、油脂与低碳醇的摩尔比、反应时间、反应温度，其中以搅拌强度影响最大。可见，酯交换反应属于传质控制反应。因此，在选取最佳工艺条件时，应该首先尽可能地满足搅拌强度。可是，这要加大搅拌装置的功率，从而增加耗电量和搅拌装置的磨损程度，使生产成本提高。实际上，即使加大搅拌速度，反应时间并不能控制在主反应物生成的最佳时间内(25min左右)，生产时间越长，能耗越多，成本居高不下。加大搅拌速度，之所以有利于提高酯交换反应产率，是因为物料越处于紊流状态，醇和油脂分子间的接触、碰撞几率会越大，反应速率也能随之增加。
发明内容本发明目的在于提供一种提高酯交换法生产生物柴油反应速度的方法。其手段是使低碳醇充分、微细地分散在油脂内而成"油包醇型微乳体"，降低油脂和低碳醇分子间的界面能，以縮短酯交换反应时间，或在相同的反应时间内，提高酯交换反应转化率。因此，本发明提供的提高酯交换法生产生物柴油反应速度的方法是，在反应体系中加入能降低油脂和低级醇分子间的界面能的非离子表面活性剂。加入表面活性剂的作用是使低级醇充分、微细地分散在油脂内而成"油包醇型微乳体"。为实现上述方法，本发明申请人具体研究了一种组合物，来实现上述方法。本发明提供的提高油脂与低级醇酯交换反应速率的组合物(m/m)X为脂肪醇聚氧乙烯醚0.150.0%，烷基酚聚氧乙烯醚0.130.0%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.035.0%，三乙醇胺0.140.0%，多功能乳化剂1030%;其中多功能乳化剂具体配比如下烷基苯磺酸30%月桂醇酰胺25%多聚萜烯15%N-环己基硫代酞酰亚胺15%苯酚15%本发明中将上述具有提高油脂与低级醇酯交换反应速率的组合物，简称为"速效剂"或"酯交换反应速效剂"。脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、三乙醇胺、多功能乳化剂都是优良的表面活性剂。非离子表面活性剂R-0-(CH2CH20)nH在水中和亲水性强的醇类溶剂中(甲醇、乙醇等)不会离解，它们的表面活性是靠分子中的极性(亲水)部分和非极性(亲油)部分来显示。这类非离子表面活性剂具有很好的乳化、分散作用，并且在较宽的PH值范围和温度范围内都很稳定。这些表面活性剂中分别含有碳数不一的烷基或芳基，构成油性长短各异的亲油憎水基团，又分别具有酯键、醚键、羧基、醇氨基等亲水憎油基团。各种表面活性剂的亲油、亲水程度不等，它们都有不同的亲水亲油值(HLB值)。调整各表面活性剂的含量来改变速效剂的HLB值，以适合不同的油脂，进而促进该油脂与低碳醇间酯交换反应的进行。这些表面活性剂就会很好地协调分布于油醇界面，亲油基伸进油相，亲水基则伸进醇相(醇和催化剂)，从而使油、醇相之间的界面张力降低，醇相(醇和催化剂)就能微细、均匀而稳定地分散在油相(植物油或者动物油)中，形成优良的油包醇型微乳液。这种加有速效剂的微乳油，在合适的搅拌强度、催化剂用量、油脂与甲醇的摩尔比、反应温度等工艺条件下，会比相同条件下不加速效剂的油脂酯交换反应时间縮短或产出率增加。酯交换反应速效剂调制方法按速效剂生产配方，将原料依次投入搪瓷或者不锈钢反应罐中，加热，当温升至6065(《65)。C时，开动搅拌，搅拌速度为60r/min，40min左右停止加热。冷却至40。C时停止搅拌，取样按速效剂产品标准检验，合格后即可包装备用或者入库待出厂。酯交换反应速效剂产品主要性能指标1)外观深棕色透明均一液体；2)气味无特殊不良气味；3)pH值(20°C，0.2%速效剂水溶液)，6.58.5;4)密度(20°C，g/cm3)，0.980.99;5)耐寒(0±2°C，24h)，恢复至室温，无异常现象；6)耐热(40±2°C，24h),恢复至室温，无异常现象。使用本发明提供的速效剂，能明显提高酯交换法的反应速率。具体实施例方式下面结合光皮树果实油和大豆油加入酯交换反应速效剂的试验过程来说明该产品的应用方式及其性能。实施例1、酯交换速效剂的调配配比l:脂肪醇聚氧乙烯醚42克，烷基酚聚氧乙烯醚23克，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯11.5克，失水山梨醇脂肪酸酯0.5克，蓖麻油聚氧乙烯醚0.5克，三乙醇胺22.5克。配比2:脂肪醇聚氧乙烯醚40克，烷基酚聚氧乙烯醚20克，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯14克，失水山梨醇脂肪酸酯0.4克，蓖麻油聚氧乙烯醚O.O克，三乙醇胺22.5克。操作将上述物料倒入置于恒温水浴中的物料混合器中，搅拌，升温至6(TC;待物料呈黄色透明的均匀液体时停止加热，继续搅拌冷却至4(TC。取出上述物料与多功能乳化剂按7:3的比例混合，即成酯化速效剂。说明根据配方不同，由配比1和配比2制备的速效剂分别记为速效剂a和速效剂b。速效剂a中各成分的比例脂肪醇聚氧乙烯醚29.40%，垸基酚聚氧乙烯醚16.10°/。，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯8.05%，失水山梨醇脂肪酸酯0.35%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.35%，三乙醇胺15.75%，多功能乳化剂30%。速效剂b中各成分的比例脂肪醇聚氧乙烯醚28.90%,烷基酚聚氧乙烯醚14.46%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯10.12%，失水山梨醇脂肪酸酯0.28%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.00%，三乙醇胺16.24%,多功能乳化剂30%。2、试验装置1)仪器磁力搅拌器1台，250毫升三颈瓶1个，玻璃蛇形冷却器1支，250毫升分液漏斗1支，温度计1支；2)安装选取与三颈瓶三颈适配的橡胶塞，分别按中颈与冷却器尾管，侧颈与温度计、分液漏斗落液管打孔，接好冷却器进出水乳胶管；将三颈瓶安装于磁力搅拌器上的支架上，并放进磁力转子；将温度计、分液漏斗分装于两侧颈上。3、反应体系生物柴油的反应原料油取食用大豆油和光皮树果实油，其他反应条件适当调整，考察速效剂对酯交换反应的影响，具体见表l。表1反应体系一览表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>4、试验过程添加酯交换反应速效剂，碱催化豆油、光皮树果实油等油脂酯交换生产生物柴油，对比油脂的转化率和甘油的产量来分析速效剂在酯交换反应中的作用。具体操作步骤如下将称好的油相(豆油、速效剂)加于三颈瓶中，将称好的醇相(甲醇、催化剂甲醇钠)加于分液漏斗中，并将甲醇钠摇溶于甲醇中；打开磁力搅拌器开关，强档加热三颈瓶中的油相；当温升至65。C时，开启冷却器冷却水、磁力搅拌、分液漏斗，将醇相加入油相。此时物料降温，加大升温速度，使温度回升至6(TC。并控制在60士3。C，反应25分钟左右，改低档或者停止加热。掌握物料逐步冷却降温至5(TC止，反应所需时间为40min(或30min)。将反应后生成物料冷却至室温，倒入分液漏斗静置，分离出下层甘油等生成物，进行称量并记录。以甘油质量或气相色谱法分析甲酯产量来计算转化率。5、结果对比表1列出了不同反应体系的酯交换反应的转化率，结果如下:表1速效剂对酯交换反应转化率的影响编号转化率/%备注A128.49相对转化率B97.53相对转化率C100参照，常规碱法D98.36气相法，绝对转化率E95.63气相法，绝对转化率F98.72气相法，绝对转化率6、结果分析1)比较体系A、B、C的酯交换反应转化率，结果表明添加速效剂有利于酯交换反应转化率的提高，有利于縮短酯交换反应的时间。2)对比体系A、B、C和D、E、F的酯交换反应转化率，结果表明添加速效剂对不同原料油的酯交换反应均有一定程度的促进作用。3)比较体系D、E、F的酯交换反应转化率，结果表明不同的油脂应添加适合该油脂的特定酯交换反应速效剂。权利要求1、一种提高油脂与低级醇酯交换反应速率的方法，其特征在于在反应体系中加入能降低油脂和低级醇分子间的界面能的非离子表面活性剂。2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所加入的非离子表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚0.150.0%，垸基酚聚氧乙烯醚0.130.0%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.035.00^，三乙醇胺0.140.0%，多功能乳化剂1030%;其中多功能乳化剂具体配比如下烷基苯磺酸30%月桂醇酰胺25%多聚萜烯15%N-环己基硫代酞酰亚胺15%苯酚15%3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于脂肪醇聚氧乙烯醚28-30%，垸基酚聚氧乙烯醚14-17%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯8-11%，失水山梨醇脂肪酸酯0.28—0.35%，蓖麻油聚氧乙烯醚0—0.35%，三乙醇胺15—17%，多功能乳化剂30%。4、一种提高油脂与低级醇酯交换反应速率的组合物，其特征在于包括下列组分脂肪醇聚氧乙烯醚0.150.0%，烷基酚聚氧乙烯醚0.130.()0%，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，失水山梨醇脂肪酸酯0.045.0%，蓖麻油聚氧乙烯醚0.035.0%，三乙醇胺0.140.0%，多功能乳化剂1030%;其中多功能乳化剂具体配比如下烷基苯磺酸30%月桂醇酰胺25%多聚萜烯15%N-环己基硫代酞酰亚胺15%苯酚15%。5、根据权利要求4所述的组合物，其特征在于脂肪醇聚氧乙烯醚28-30%，烷基酚聚氧乙烯醚14-17%,聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯8—11%，失水山梨醇脂肪酸酯0.28—0.35%，蓖麻油聚氧乙烯醚0—0.35%，三乙醇胺15-17%，多功能乳化剂30%。6、制备提高油脂与低级醇酯交换反应速率的组合物的方法，其特征在于将原料依次投入容器中加热，当温度升至6065'C时，开动搅拌，搅拌速度为60r/min，控制温度不高于65°C，40min左右停止加热；冷却至4(TC时停止搅拌，即可。全文摘要本发明涉及一种提高油脂与低碳醇酯交换反应速率的方法。本发明提供的提高酯交换法生产生物柴油反应速度的方法是，在反应体系中加入能降低油脂和低级醇分子间的界面能的非离子表面活性剂。本发明还提供了一种实现上述方法的组合物，其组成是脂肪醇聚氧乙烯醚0.1～50.0％，烷基酚聚氧乙烯醚0.1～30.0％，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯0.0～45.0％，失水山梨醇脂肪酸酯0.0～45.0％，蓖麻油聚氧乙烯醚0.0～35.0％，三乙醇胺0.1～40.0％，多功能乳化剂10～30％。使用本发明提供的方法，能明显提高酯交换法的反应速率。文档编号B01F17/42GK101423472SQ20081014343公开日2009年5月6日申请日期2008年10月29日优先权日2008年10月29日发明者刘汝宽,张良波,曾清华,李培旺,李昌珠,肖志红,健陈申请人:湖南省林业科学院