[发明专利]无溶剂的脂肪酸酯化反应新工艺

说明书

(一)技术领域

本发明涉及脂肪酸酯化反应。更具体地说，就是在不使用共沸溶剂的情况下脂肪酸与醇发生酯化反应，反应使用均相和多相反应酸催化剂。

(二)背景技术

众所周知脂肪酸和醇反应可以制备脂肪酸酯，所制备的脂肪酸酯应用广泛，经常被用于化妆品和润滑剂。为了使反应向正反应方向进行通常情况下一种反应物是过量的。酯化反应一般是在矿物酸或有机酸催化下进行的，比如硫酸和对甲苯磺酸。商业上通常使用的是均相反应酸催化剂。

工业上也有许多生产脂肪酸酯的方法是在连续反应器或柱状反应器中进行的。U.S.Pat.No.5008046公开了脂肪酸和醇在对流式反应器中的酯化反应，醇在液相中逆流的时间至少20min，反应柱的压力是200-900kPa。水和油的混合物通过精馏塔，脂肪酸酯从柱子流出。No.CN 1504452公开了柱中的酯化反应，富含醇的对流气通过蒸馏器进入柱状反应器，水作为反萃取剂排出柱子。

专利DE-A 2 913 218公开了酯化反应利用共沸的方法，比如将甲苯等溶剂加入反应物中，这种溶剂能与酯化反应生成的水形成共沸混合物，将水带出反应体系，使反应进行完全。

尽管如此，脂肪酸的酯化反应通常在间歇釜式反应器中进行，并使用诸如甲苯的共沸溶剂。U.S.Pat.No.119137公开了一种耗能小的生产棕榈酸酯的方法，所生产的棕榈酸酯用作润滑剂。棕榈酸酯是由棕榈酸的酯化反应得到，需要甲苯作为共沸溶剂。然而这种方法存在一些不足，如共沸溶剂成本昂贵、有毒且不够环境友好。另外产品需要经过额外的分离和提纯。

(三)发明内容：

酯化反应过程中加入过量的反应物是为了使反应进行完全，本发明所提供的无溶剂脂肪酸酯化反应过程中加入过量的一元醇，如丁醇与酯化反应生成的水形成共沸混合物，使水更容易从反应体系分出，水不断从反应物中分出使酯化率达到最高。共沸混合物在分水器中呈现两层，上层为有机相，下层是水相，反应过程中，有机相会回流到反应器中继续参加反应。

不使用共沸溶剂(如甲苯)的情况下，脂肪酸的酯化反应在比较温和的温度下和较短的时间内，使用过量的反应物与酯化反应生成的水形成共沸物，水从反应体系移去，使反应向正方向进行。

本发明适用于4-12个C原子的醇，少于4个C的醇沸点低且溶于水，不适用于无溶剂的酯化反应。4个C以上的醇会与水形成共沸混合物并在分水器中分层，有机相会回流到反应体系中继续反应。随着C原子数的增加，反应温度升高，反应生成的水很容易分出反应体系，使反应进行完全。

为了制备脂肪酸多酯和脂肪酸聚乙二酯，用过量的脂肪酸作为反应物，为了使生成的水蒸出反应体系温度必须大于100℃，但是温度不能超过反应物的沸点，在反应过程中水不断被蒸出，反应物和产物仍然留在反应器中，使酯化率达到最高。

酯化反应在均相和多相反应催化剂催化下进行的，反应温度在80-250℃，脂肪酸与一元醇及同分异构体的酯化反应温度为80-180℃，脂肪酸与二元醇、三元醇、四元醇、多元醇或其同分异构体或聚乙二醇的酯化反应温度为100-250℃，反应时间少于6h。

反应结束后过量的反应物通过减压蒸馏从生成的脂肪酸酯中除去，均相反应酸催化剂通过不断的碱洗水洗除去，然后再进一步除去剩余未反应的脂肪酸和杂质。

使用多相反应酸催化剂时，催化剂的分离非常简单，通过简单的过滤就能将催化剂和产物分离。

本发明制备脂肪酸酯的具体方法如下描述：

1.脂肪酸单酯的制备：

将脂肪酸和一元醇的混合物以及催化剂装入反应器中，醇是过量的，反应器上装有回流冷凝管，分水器，温度计，搅拌条件下加热升温，反应温度接近80-180℃时，有一元醇和水共沸物在分水器中分层，有机相重又流回反应器中进行反应，水被分出反应体系，反应时间小于6h。

反应结束后粗产品冷却至室温，如果使用均相反应酸催化剂，均相反应酸催化剂要通过不断的碱洗水洗直至产物是中性为止，产物中的水通过蒸馏除去。过量的反应物和未反应的脂肪酸通过减压蒸馏分离。未反应的脂肪酸作为残余物，脂肪酸单酯作为馏分收集。如果使用多相酸催化剂只需通过简单的过滤就可将催化剂除去。

2.脂肪酸多酯和脂肪酸聚乙二酯的制备：