一種環(huán)氧大豆油高效制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)氧類增塑劑制備方法，尤其是涉及一種環(huán)氧大豆油高效制備工
-H-
O
【背景技術】
[0002]鄰苯二甲酸酯類(DOP)增塑劑在塑料產(chǎn)品加工中長期占主導地位。但是，該增塑劑含有芳香環(huán)，不易進行生物降解，食物在加工、加熱、包裝、盛裝的過程里可能會造成DOP從塑料制品中溶出而滲入食物中，對健康造成危害，2011年，更有媒體披露DOP增塑劑(臺灣媒體稱為塑化劑)有損于男童的生殖系統(tǒng)發(fā)育；D0P原料來源于石油煉制產(chǎn)品，而石油是不可再生資源。基于上述種種問題，使得鄰苯二甲酸酯類(DOP)增塑劑的使用范圍受到極大限制。
[0003]我國鄰苯二甲酸酯類增塑劑的年產(chǎn)量及消費量均占增塑劑總量的80%以上，像無毒、環(huán)保型的環(huán)氧大豆油增塑劑卻還不到10%;而在發(fā)達國家，環(huán)氧大豆油的消費量僅次于鄰苯二甲酸酯增塑劑，居位第二。因此，隨著能源和環(huán)境危機的加劇，可再生資源的開發(fā)利用成為研宄熱點，開發(fā)環(huán)氧大豆油具有廣闊的發(fā)展前景。
[0004]目前的環(huán)氧大豆油增塑劑主要以大豆油、亞麻油、棉籽油、菜子油、米糠油等油脂為原料，在反應釜中經(jīng)環(huán)氧化反應得到，其反應機理是將油脂分子中的不飽和雙鍵與過氧羧酸發(fā)生環(huán)氧化反應，形成環(huán)氧鍵，具體工藝步驟為:將過氧化氫溶液、有機酸和催化劑及原料油脂按配比加入攪拌式反應釜中，通過攪拌釜內(nèi)的攪拌槳葉進行攪拌混合反應，其中有機酸和H2O2在催化劑作用下合成過氧羧酸，生成的過氧羧酸再對油脂中的不飽和雙鍵進行環(huán)氧化反應，從而生成環(huán)氧大豆油。
[0005]例如，申請公布號CN102250693A，申請公布日2011.11.23的中國專利公開了一種以大豆毛油制備環(huán)氧大豆油的工藝流程，具體地說是制備環(huán)氧大豆油的工藝流程，該工藝以大豆毛油為原料用無溶劑法進行生產(chǎn)環(huán)氧值大于6%的環(huán)氧大豆油，其中包括了環(huán)氧化反應、中和水洗及精制等工藝流程。該生產(chǎn)工藝存在以下不足:(1)該工藝在常規(guī)的攪拌式反應Il中進行，反應物料沿周向水平攪動，導致中心部位的反應物料熱交換不充分，影響反應速率與反應穩(wěn)定性；(2)該工藝以有機酸、H2O2和大豆毛油為原料，有機酸和H2O2反應生成過氧羧酸，但過氧羧酸特別是過氧乙酸的生成是一個慢反應，要達到較高濃度需要較長的時間，因此該工藝不能實現(xiàn)反應釜中具有高濃度的過氧羧酸，反應推動力小，大大降低反應速率；生成的過氧羧酸對油脂(大豆毛油)中的不飽和雙鍵進行環(huán)氧化反應生成環(huán)氧大豆油，但含有過氧羧酸的水相很難與油脂(大豆毛油)充分混合接觸，導致相際傳質(zhì)面積小，從而導致環(huán)氧化的反應時間長(需5~10h才接近反應終點)，能耗高，又由于反應時間較長，已經(jīng)生成的環(huán)氧大豆油產(chǎn)品會在反應物的酸性體系下開環(huán)分解，造成產(chǎn)率下降，副產(chǎn)物增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術的環(huán)氧大豆油生產(chǎn)工藝存在能耗高，工藝穩(wěn)定性差，反應速率低，反應時間長，產(chǎn)物副產(chǎn)物多的問題，提供了一種工藝步驟簡單，可操作性強，工藝穩(wěn)定性好，能耗低，反應速率高，反應時間短，產(chǎn)品副產(chǎn)物少的環(huán)氧大豆油高效制備工藝。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種環(huán)氧大豆油高效制備工藝，包括以下步驟:
(I)制備高濃度過氧乙酸:在冰醋酸或甲酸中加入濃硫酸，攪拌均勻后加入質(zhì)量百分濃度為30~60%的過氧化氫溶液，攪拌均勻，于室溫下靜置24~72h，得高濃度過氧乙酸混合液，其中冰醋酸或甲酸、濃硫酸與過氧化氫溶液的質(zhì)量比為80~100:10:25~50。
[0008](2)環(huán)氧化反應:將步驟(I)中的高濃度過氧乙酸溶液以及大豆油依次加入外循環(huán)氧化反應釜中，高濃度過氧乙酸溶液以及大豆油的質(zhì)量比為1.5-2:1，加熱至60~75 °C，保溫反應0.5~1.5小時，得環(huán)氧大豆油粗品，保溫期間持續(xù)剪切乳化。本發(fā)明采用配置好的高濃度過氧乙酸溶液和大豆油為原料直接進行環(huán)氧化反應，高濃度的過氧羧酸能增大反應推動力，從而能夠大大提高環(huán)氧化反應速率，但過氧乙酸溶液同樣存在著難以與油脂(大豆毛油)充分混合接觸的問題，因此本發(fā)明還對反應釜的結構進行了改進，采用在外循環(huán)氧化反應釜中進行環(huán)氧化反應，以克服在常規(guī)反應釜中進行攪拌反應所存在的反應物料熱交換不充分以及反應效率低、工藝穩(wěn)定性差，反應速率低，反應時間長，產(chǎn)物副產(chǎn)物多等缺陷。
[0009](3)提純精制:對步驟(2)中的環(huán)氧大豆油進行水洗脫酸，至pH值在3.0-6.0后，經(jīng)真空蒸餾脫水、脫除低沸物，即得環(huán)氧大豆油成品。
[0010]作為優(yōu)選，所述外循環(huán)環(huán)氧化反應釜包括設有夾套的釜體、位于釜體外部的外循環(huán)管路、乳化罐以及分散乳化機，所述釜體的頂部和底部分別設有進料口和出料口，釜體內(nèi)設有進料管，所述進料管上端與進料口相連，所述進料管下端位于物料液面以下，所述循環(huán)管路的兩端通過法蘭分別與釜體上的進料口和出料口相連，所述乳化罐設于外循環(huán)管路上，所述分散乳化機固定于乳化罐上。本發(fā)明在經(jīng)改進后的外循環(huán)環(huán)氧化反應釜進行環(huán)氧化反應，外循環(huán)環(huán)氧化反應釜外部設有外循環(huán)管路，在外管路上設置一乳化罐，物料在釜體外部的乳化罐中用分散乳化機進行強化混合，再經(jīng)進料管通入反應釜進行反應，物料在乳化罐中被分散成微小液滴，使原料油脂與水相中過氧羧酸的接觸面積增大了數(shù)千倍，而且微小液滴還縮小了過氧羧酸擴散半徑，以便于過氧羧酸與油脂的深度接觸，從而更有利于物料環(huán)氧化反應的進行，大大縮短反應時間，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生；進料管的下端位于物料液面以下，乳化罐中經(jīng)分散乳化后的物料經(jīng)進料管進入釜體內(nèi)的物料液面以下，使得釜體內(nèi)的物料發(fā)生從下往上的翻滾，形成上、下兩股強烈的翻動湍流，從而起到攪動作用，使物料各部分均能與釜體內(nèi)壁面進行充分的熱交換，提高反應效率與反應的穩(wěn)定性。本發(fā)明的反應釜摒棄了常規(guī)的物料釜體內(nèi)攪拌混合方式，采用分散乳化機在釜體外進行分散乳化混合的方式，再通過進料管出來的物料攪動釜體內(nèi)的物料，能大大縮短反應時間，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，同時能大大降低能耗。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述分散乳化機包括支架、驅動電機和自吸料剪切乳化器，所述自吸料剪切乳化器包括攪拌軸、軸套、攪拌定子及攪拌轉子，所述支架固定于乳化罐上，所述驅動電機固定于支架上，所述攪拌軸穿過乳化罐且攪拌軸的下端與位于乳化罐內(nèi)的攪拌轉子固定連接，攪拌軸的上端通過軸聯(lián)器與驅動電機的電機軸連接，所述軸套固定套設于攪拌軸及驅動電機的電機軸的外部，且軸套與攪拌軸、驅動電機的電機軸之間設有間隙，該間隙形成物料通道，軸套的上端與電機固定連接，軸套的下端與攪拌定子固定連接，軸套接近攪拌定子的端部外側面設有物料出口，所述攪拌定子固定套設于攪拌轉子的外部，且攪拌定子與攪拌轉子之間設有間隙，該間隙形成乳化腔。本發(fā)明中的分散乳化機安裝于乳化罐中，驅動電機帶動攪拌軸從而帶動攪拌轉子轉動，乳化罐中的物料經(jīng)物料通道進入乳化腔，通過攪拌轉子與攪拌定子的相互配合，在攪拌轉子與攪拌定子之間形成低壓從而將乳化罐內(nèi)的物料經(jīng)物料通道吸入乳化腔內(nèi)，而物料在乳化腔中經(jīng)高剪切作用后形成環(huán)形的流場，使原料油脂(大豆油)在高速狀態(tài)下被分散成微小液滴，從而使得原料油脂與水相能強化混合并形成油-水兩相混合物流的環(huán)形流動，這樣不僅能形成較大的相際傳質(zhì)面積，大大縮短物料中過氧羧酸向油滴內(nèi)的傳質(zhì)距離，通過二者的協(xié)同作用，大大提高反應速率，減少所需的反應時間，而且能使乳化腔中的混合物流在剪切力的作用下從物料出口噴出進入乳化罐中，從而使反應釜中出來的物流能源源不斷進入物料通道中。
[0012]作為優(yōu)選，所述支架為左支撐板、右支撐板以及橫板構成的倒“U”形結構。
[0013]作為優(yōu)選，所述攪拌定子為中空筒體結構，所述攪拌轉子為圓柱體結構，攪拌定子的外徑大于軸套的外徑，攪拌轉子的直徑大于攪拌軸的直徑，攪拌定子與攪拌轉子自由端的端面上沿周向均勻間隔設有若干凸齒，所述攪拌定子上凸齒齒數(shù)為攪拌轉子上凸齒齒數(shù)的偶數(shù)倍。攪拌定子上的凸齒之間的間隙有利于乳化罐中的物料進入物料通道中，而攪拌轉子上的凸齒能使乳化腔中的物料在高剪切作用下形成油-水兩相混合物流的環(huán)形流動。
[0014]作為優(yōu)選，所述攪拌轉子與攪拌軸、攪拌定子與軸套均為同質(zhì)一體結構，且攪拌轉子與攪拌軸、攪拌定子與軸套之間連接處的折角均采用圓角過渡。
[0015]作為優(yōu)選，軸套上的物料出口具有兩個，對稱設置于軸套上。
[0016]作為優(yōu)選，所述物料出口呈長圓形。
[0017]作為優(yōu)選，所述物料出口的開口處設有除沫絲網(wǎng)。在高速剪切的作用下，乳化腔內(nèi)的原料油脂與水相在充分混合后會產(chǎn)生大量的氣泡，這些氣泡的存在很容易使得攪拌轉子與攪拌定子之間所形成的低壓不足以將乳化罐內(nèi)的物料吸入乳化腔內(nèi)(無自吸能力)，另外大量的氣泡進入釜體，還會影響原料油脂與水相中過氧乙酸在反應過程中的接觸，并不利于釜體中物料的保溫，除沫絲網(wǎng)能充分去除乳化腔中混合物流中的泡沫，從而有效解決上述問題。
[0018]作為優(yōu)選，所述攪拌軸上與軸套上物料出口的對應位置處向外凸出形成球體部。球體部主要起到導向的作用，混合物流在球體部的阻力下會改變流向，從而順利將乳化腔中的混合物流導向軸套上物料出口，以使其順利通過除沫絲網(wǎng)，從而避免混合物流在乳化腔中積累，影響效率。
[0019]因此，本發(fā)明的有益效果是:以配置好的高濃度過氧乙酸溶液和大豆油為原料直接在外循環(huán)環(huán)氧化反應釜中進行環(huán)氧化反應，高濃度的過氧羧酸增大了反應推動力，能夠大大提高環(huán)氧化反應速率；而外循環(huán)環(huán)氧化反應釜，使得反應時的物料換熱充分，反應穩(wěn)定性好，并能將油脂(大豆油)分散成微小液滴，形成較大的相際傳質(zhì)面積，將高濃度的過氧羧酸直接與原料油脂微滴強化混合，增大接觸面積，大大提高反應速率，縮短環(huán)氧化時間(0.5-1.5h)o本發(fā)明通過對工藝及反應釜進行了優(yōu)化改進，利用兩者的協(xié)同作用，大大了提高反應速率，減少了環(huán)氧化反應時間，降低了能耗，且產(chǎn)品開環(huán)分解少，副產(chǎn)物少，雜質(zhì)含量低，環(huán)氧值等技術指標達到相關國家標準要求。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的一種結構