癸酸无催化酰化合成N，N-二甲基癸酰胺的工艺研究

梅金龙，赵 佳，马 振，冯 卓，夏 岩（科莱恩丰益脂肪胺（连云港）有限公司，江苏 连云港，222066）

癸酸无催化酰化合成N，N-二甲基癸酰胺的工艺研究

梅金龙，赵 佳，马 振，冯 卓，夏 岩
（科莱恩丰益脂肪胺（连云港）有限公司，江苏 连云港，222066）

以癸酸和二甲胺为原料，在无催化剂条件下，采用10L环路反应器酰化合成N，N-二甲基癸酰胺。实验确定了最佳工艺条件：升温速率6℃/min，反应温度240℃，反应压力0.6MPa，气体循环流量11 L/min，反应时间5h。二甲基癸酰胺反应的转化率和选择性均大于99%，且产物色泽较浅。

癸酸；合成；二甲基癸酰胺；二甲胺

N，N-二甲基癸酰胺是一种无色、无味、低毒的表面活性剂，可用于洗涤剂、化妆品、农药、有机溶剂和二甲基叔胺中间体等［1-2］。目前常用的合成方法是在催化剂作用下［3-6］，癸酸先与二甲胺酰化脱水生成粗品，然后蒸馏得到N，N-二甲基癸酰胺。随着表面活性剂行业的发展，一些下游应用领域逐步使用二甲基癸酰胺粗品，同时不希望有溶解的催化剂残留，因此，研究探讨无催化剂条件下使用先进的环路反应装置，以癸酸为原料酰化合成N，N-二甲基癸酰胺工艺条件是非常必要的。

1 实验部分

1.1 主要试剂与设备

主要原料：天然癸酸，纯度≥99.0%，丰益油脂科技（连云港）有限公司；无水二甲胺，含量≥99.5%，宿迁新亚科技有限公司。

主要设备：10L环路反应器；万通电位滴定仪；安捷伦7890B 气相色谱仪；比色计。

1.2 实验原理

癸酸和二甲胺在一定的温度压力条件下发生了如下所示的酰化反应：

该反应为吸热反应，需不断地从体系中分出反应生成的水，以促进平衡向右进行达到反应终点。反应中如发生二甲胺歧化，可能会生成甲基仲酰胺、伯酰胺、甲基双酰胺等副产物。

1.3 实验过程

取一定量的癸酸（5kg）投入到已用氮气置换后的反应器中，分别设定气相回路各级冷凝温度，启动循环泵缓慢加热，达到预设温度后持续通入二甲胺并升温到指定反应温度。定时取样进行酸值、二甲基癸酰胺含量测定和色泽分析，实验装置如图1。反应主体由喷射混合器、反应器本体、反应循环泵和环路加热器构成。反应中蒸发的有机物在温度较高的I级和II级冷凝器中冷凝并回流至反应器内，生成的水在温度较低的III级和IV级冷凝器中冷凝并接收到废水收集器中，未参与反应的二甲胺气体从IV级冷凝器出口随气体循环管线被吸入喷射混合器中与补充的新鲜二甲胺一起再次参与反应。

1.4 癸酸的转化率和癸酰胺的选择性、得率的计算

酸值测定：称取适量样品，用中性乙醇溶解后，用氢氧化钠标准溶液滴定。

二甲基癸酰胺含量测定：使用气相色谱，面积归一法得到。

色泽测定：使用比色计检测。

癸酸转化率=（原料酸值-产品酸值）/原料酸值×100%

二甲基癸酰胺选择性=二甲基癸酰胺含量/转化率×100%

二甲基癸酰胺收率= 实际产品质量/理论产品质量×100%

图1 环路反应器流程图

2 结果与讨论

2.1 温度对癸酸转化率和二甲基癸酰胺选择性的影响

在升温速率5℃/min，循环气体流量10 L/min，压力0.5 MPa下，选取终点反应温度190、200、210、220、230、240、250℃维持4h，考察温度对癸酸转化率和癸酰胺选择性的影响。由图1可知，癸酸的转化率随温度的升高而升高，在190～210℃区间转化率增长显著，210～230℃转化率增长缓慢，240～250℃转化率基本趋于一致。温度的升高有利于酰化脱水反应的进行，选择性在不同的温度阶段基本相似，说明在反应过程中未发生因二甲胺歧化而导致的副反应，粗品中组分单一且二甲基癸酰胺纯度较高，综合考虑反应温度在240℃为宜。

2.2 压力对癸酸转化率和二甲基癸酰胺选择性的影响

在升温速率5℃/min，循环气体流量10 L/min，反应温度240℃，反应时间4h，选取反应压力0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 MPa，考察温度对癸酸转化率和癸酰胺选择性的影响，结果如表2所示。由表2可知，随着反应压力的增加，癸酸的转化率升高，超过0.6MPa后，转化率有所下降。分析原因可能是过高的压力不易将反应生成的水及时脱除体系，部分水在I级和II级冷凝器中伴随有机物回流至反应器中，对反应平衡向右进行产生一定影响。而压力的变化对选择性无影响，因此，反应压力选择0.6MPa为宜。

表1 反应温度对反应转化率和选择性的影响

表2 反应压力对反应转化率和选择性的影响

2.3 时间对二甲基癸酰胺酸值的影响

在升温速率5℃/min，循环气体流量10 L/min，反应温度240℃，压力0.6 MPa下，选取反应时间2、3、4、5、6、7、8h，考察反应时间对癸酸转化率和二甲基癸酰胺色泽的影响，结果如表3所示。由表3可知，癸酸转化率随着反应时间的延长而提高，反应5h后癸酸的转化率达到99.1%，继续延长反应时间转化率趋于平稳。超过7h后二甲基癸酰胺色泽出现显著变化，表明过长的反应时间可能导致反应产物出现结焦变色等现象，影响产品的外观。综合考虑反应时间以5h为宜。

表3 反应时间对反应转化率和选择性的影响

2.4 气体循环流量对二甲基癸酰胺的酸值和收率的影响

在升温速率5℃/min，反应温度240℃，压力0.6 MPa，反应时间5h，选取气体循环流量5、8、11、14、17、20、23 L/min，考察气体循环流量对癸酸转化率和二甲基癸酰胺收率的影响，结果如表4所示。由表4可知，癸酸转化率随着气体循环流量升高有所增长，当气体循环量调节为11 L/min时，癸酸转化率已达到99.2%。相反二甲基癸酰胺收率随着气体循环量的升高而降低，表明过高的气体循环量会使有机物无法在I级和II级冷凝器中充分冷凝，而是随生成的水被冷凝到废水收集器中，造成产品的损失。综合考虑气体循环流量调节为11 L/min为宜。

表4 气体循环流量对反应转化率和收率的影响

2.5 升温速率对二甲基癸酰胺色泽的影响

在气体循环流量11 L/min，反应温度240℃，压力0.6 MPa，反应时间5h，选取升温速率3、6、9、12、15℃/min，考察升温速率对癸酸转化率和二甲基癸酰胺色泽的影响，结果如表5所示。由表5可知，癸酸转化率与升温速率无直接的关系。但升温速率越快，产品色泽会出现轻微的上升。综合考虑升温速度以6℃/min为宜。

3 结论

3.1 以癸酸为原料，在无催化剂条件下酰化合成N，N-二甲基癸酰胺是可行的。

3.2 通过实验确定了最佳工艺条件：升温速率6℃/min，反应温度240℃，反应压力0.6MPa，气体循环流量11 L/min，反应时间5h。

3.3 此法合成N，N-二甲基癸酰胺的反应转化率和选择性均大于99%，且色泽较浅。

表5 升温速率对反应转化率和色泽的影响

［1］ 冯光炷，张玉军．油脂化工产品工艺学［M］．北京：化工工业出版社，2005.

［2］ 夏平．二甲基乙酰胺合成技术与应用市场［J］．化工中间体，2004 （4）：23-28.

［3］ 丁建飞，李秋小，李永胜． 二甲基十二烷基酰胺合成工艺研究［J］．应用化工，2006，35（1）：35-37.

［4］ 顾立新．脂肪族羧酸酰胺的制备方法［P］．CN103833569A ，2014.

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

［6］ 吴俊，丁建飞，钟圆．月桂酸与二甲胺合成N，N-二甲基月桂酰胺的研究［J］．日用化学工业，2011，41（3）：180-182.

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

梅金龙先生，硕士，化工工程师。现任科莱恩丰益脂肪胺（连云港）有限公司生产部主任，负责脂肪胺及其衍生物的生产和技术开发工作；E-mail：meijinlongjia@163.com。