癸酸無催化酰化合成N，N-二甲基癸酰胺的工藝研究

梅金龍，趙 佳，馬 振，馮 卓，夏 巖（科萊恩豐益脂肪胺（連云港）有限公司，江蘇 連云港，222066）

癸酸無催化酰化合成N，N-二甲基癸酰胺的工藝研究

梅金龍，趙 佳，馬 振，馮 卓，夏 巖
（科萊恩豐益脂肪胺（連云港）有限公司，江蘇 連云港，222066）

以癸酸和二甲胺為原料，在無催化劑條件下，采用10L環路反應器酰化合成N，N-二甲基癸酰胺。實驗確定了最佳工藝條件：升溫速率6℃/min，反應溫度240℃，反應壓力0.6MPa，氣體循環流量11 L/min，反應時間5h。二甲基癸酰胺反應的轉化率和選擇性均大于99%，且產物色澤較淺。

癸酸；合成；二甲基癸酰胺；二甲胺

N，N-二甲基癸酰胺是一種無色、無味、低毒的表面活性劑，可用于洗滌劑、化妝品、農藥、有機溶劑和二甲基叔胺中間體等［1-2］。目前常用的合成方法是在催化劑作用下［3-6］，癸酸先與二甲胺酰化脫水生成粗品，然后蒸餾得到N，N-二甲基癸酰胺。隨著表面活性劑行業的發展，一些下游應用領域逐步使用二甲基癸酰胺粗品，同時不希望有溶解的催化劑殘留，因此，研究探討無催化劑條件下使用先進的環路反應裝置，以癸酸為原料酰化合成N，N-二甲基癸酰胺工藝條件是非常必要的。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與設備

主要原料：天然癸酸，純度≥99.0%，豐益油脂科技（連云港）有限公司；無水二甲胺，含量≥99.5%，宿遷新亞科技有限公司。

主要設備：10L環路反應器；萬通電位滴定儀；安捷倫7890B 氣相色譜儀；比色計。

1.2 實驗原理

癸酸和二甲胺在一定的溫度壓力條件下發生了如下所示的酰化反應：

該反應為吸熱反應，需不斷地從體系中分出反應生成的水，以促進平衡向右進行達到反應終點。反應中如發生二甲胺歧化，可能會生成甲基仲酰胺、伯酰胺、甲基雙酰胺等副產物。

1.3 實驗過程

取一定量的癸酸（5kg）投入到已用氮氣置換后的反應器中，分別設定氣相回路各級冷凝溫度，啟動循環泵緩慢加熱，達到預設溫度后持續通入二甲胺并升溫到指定反應溫度。定時取樣進行酸值、二甲基癸酰胺含量測定和色澤分析，實驗裝置如圖1。反應主體由噴射混合器、反應器本體、反應循環泵和環路加熱器構成。反應中蒸發的有機物在溫度較高的I級和II級冷凝器中冷凝并回流至反應器內，生成的水在溫度較低的III級和IV級冷凝器中冷凝并接收到廢水收集器中，未參與反應的二甲胺氣體從IV級冷凝器出口隨氣體循環管線被吸入噴射混合器中與補充的新鮮二甲胺一起再次參與反應。

1.4 癸酸的轉化率和癸酰胺的選擇性、得率的計算

酸值測定：稱取適量樣品，用中性乙醇溶解后，用氫氧化鈉標準溶液滴定。

二甲基癸酰胺含量測定：使用氣相色譜，面積歸一法得到。

色澤測定：使用比色計檢測。

癸酸轉化率=（原料酸值-產品酸值）/原料酸值×100%

二甲基癸酰胺選擇性=二甲基癸酰胺含量/轉化率×100%

二甲基癸酰胺收率= 實際產品質量/理論產品質量×100%

圖1 環路反應器流程圖

2 結果與討論

2.1 溫度對癸酸轉化率和二甲基癸酰胺選擇性的影響

在升溫速率5℃/min，循環氣體流量10 L/min，壓力0.5 MPa下，選取終點反應溫度190、200、210、220、230、240、250℃維持4h，考察溫度對癸酸轉化率和癸酰胺選擇性的影響。由圖1可知，癸酸的轉化率隨溫度的升高而升高，在190～210℃區間轉化率增長顯著，210～230℃轉化率增長緩慢，240～250℃轉化率基本趨于一致。溫度的升高有利于酰化脫水反應的進行，選擇性在不同的溫度階段基本相似，說明在反應過程中未發生因二甲胺歧化而導致的副反應，粗品中組分單一且二甲基癸酰胺純度較高，綜合考慮反應溫度在240℃為宜。

2.2 壓力對癸酸轉化率和二甲基癸酰胺選擇性的影響

在升溫速率5℃/min，循環氣體流量10 L/min，反應溫度240℃，反應時間4h，選取反應壓力0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 MPa，考察溫度對癸酸轉化率和癸酰胺選擇性的影響，結果如表2所示。由表2可知，隨著反應壓力的增加，癸酸的轉化率升高，超過0.6MPa后，轉化率有所下降。分析原因可能是過高的壓力不易將反應生成的水及時脫除體系，部分水在I級和II級冷凝器中伴隨有機物回流至反應器中，對反應平衡向右進行產生一定影響。而壓力的變化對選擇性無影響，因此，反應壓力選擇0.6MPa為宜。

表1 反應溫度對反應轉化率和選擇性的影響

表2 反應壓力對反應轉化率和選擇性的影響

2.3 時間對二甲基癸酰胺酸值的影響

在升溫速率5℃/min，循環氣體流量10 L/min，反應溫度240℃，壓力0.6 MPa下，選取反應時間2、3、4、5、6、7、8h，考察反應時間對癸酸轉化率和二甲基癸酰胺色澤的影響，結果如表3所示。由表3可知，癸酸轉化率隨著反應時間的延長而提高，反應5h后癸酸的轉化率達到99.1%，繼續延長反應時間轉化率趨于平穩。超過7h后二甲基癸酰胺色澤出現顯著變化，表明過長的反應時間可能導致反應產物出現結焦變色等現象，影響產品的外觀。綜合考慮反應時間以5h為宜。

表3 反應時間對反應轉化率和選擇性的影響

2.4 氣體循環流量對二甲基癸酰胺的酸值和收率的影響

在升溫速率5℃/min，反應溫度240℃，壓力0.6 MPa，反應時間5h，選取氣體循環流量5、8、11、14、17、20、23 L/min，考察氣體循環流量對癸酸轉化率和二甲基癸酰胺收率的影響，結果如表4所示。由表4可知，癸酸轉化率隨著氣體循環流量升高有所增長，當氣體循環量調節為11 L/min時，癸酸轉化率已達到99.2%。相反二甲基癸酰胺收率隨著氣體循環量的升高而降低，表明過高的氣體循環量會使有機物無法在I級和II級冷凝器中充分冷凝，而是隨生成的水被冷凝到廢水收集器中，造成產品的損失。綜合考慮氣體循環流量調節為11 L/min為宜。

表4 氣體循環流量對反應轉化率和收率的影響

2.5 升溫速率對二甲基癸酰胺色澤的影響

在氣體循環流量11 L/min，反應溫度240℃，壓力0.6 MPa，反應時間5h，選取升溫速率3、6、9、12、15℃/min，考察升溫速率對癸酸轉化率和二甲基癸酰胺色澤的影響，結果如表5所示。由表5可知，癸酸轉化率與升溫速率無直接的關系。但升溫速率越快，產品色澤會出現輕微的上升。綜合考慮升溫速度以6℃/min為宜。

3 結論

3.1 以癸酸為原料，在無催化劑條件下酰化合成N，N-二甲基癸酰胺是可行的。

3.2 通過實驗確定了最佳工藝條件：升溫速率6℃/min，反應溫度240℃，反應壓力0.6MPa，氣體循環流量11 L/min，反應時間5h。

3.3 此法合成N，N-二甲基癸酰胺的反應轉化率和選擇性均大于99%，且色澤較淺。

表5 升溫速率對反應轉化率和色澤的影響

［1］ 馮光炷，張玉軍．油脂化工產品工藝學［M］．北京：化工工業出版社，2005.

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［3］ 丁建飛，李秋小，李永勝． 二甲基十二烷基酰胺合成工藝研究［J］．應用化工，2006，35（1）：35-37.

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［5］ Christian Forqury，Monein，Lisle Adam［P］．Process for obtaining .N，N-dimethyl-N-alkylamines．US5075505 ，1991.

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Synthesis of N，N-dimethyl decylamide

Mei Jinlong，Zhao Jia，Ma Zhen，Feng Zhuo，Xia Yan
（Clariant Wilmar Aliphatic Amines（LYG）Co.，Ltd.，Lianyungang 222066，Jiangsu，China）

N，N-dimethyl decylamide was prepared by decylic acid and dimethylaminein the 10L loop reactor without catalyst. The optional process conditions were obtained∶ heating rate of 6℃/min，reaction temperature of 240℃，reaction pressure of 0.6MPa，gas circulation flow rate of 11 L/min，reaction time of 5h. The conversion of decylic acid and the selectivity of N，N-dimethyl decylamide were higher than 99%. And a light colored product was obtained.

N，N-dimethyl decylamide；decylic acid；dimethylamine；synthesis

TQ423

A

1672-2701（2016）06-35-04

梅金龍先生，碩士，化工工程師。現任科萊恩豐益脂肪胺（連云港）有限公司生產部主任，負責脂肪胺及其衍生物的生產和技術開發工作；E-mail：meijinlongjia@163.com。