對(duì)羥基苯甲酸乙酯工藝設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)題目 對(duì)羥基苯甲酸乙酯工藝設(shè)計(jì)學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝班 級(jí) 化工xxx學(xué) 生 xxx學(xué) 號(hào) xxxxxxxxxxxx指導(dǎo)教師 化學(xué)工程系課程指導(dǎo)小組二0年十二月二十六日學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)化學(xué)工程與工藝學(xué)生xxx學(xué)號(hào) xxxxxxxxxxxx設(shè)計(jì)題目 對(duì)羥基苯甲酸乙酯工藝設(shè)計(jì) 一、 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要內(nèi)容為年產(chǎn)10萬噸對(duì)羥基苯甲酸乙酯的合成工藝設(shè)計(jì)。通過物料衡算和能量衡算，確定關(guān)鍵設(shè)備的選型和材料，繪制出工藝流程圖、反應(yīng)釜、車間布置圖等相關(guān)圖紙，對(duì)生產(chǎn)過程中的安全技術(shù)、綜合利用提出了合理的要求，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算。二、 課程設(shè)計(jì)的要求查閱國內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)不得少于5篇，完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。獨(dú)立完成給定的設(shè)計(jì)任務(wù)后編寫出符合要求的課程設(shè)計(jì)說明書，要求工藝設(shè)計(jì)合理，將研究、開發(fā)的技術(shù)及過程開發(fā)的成果與過程建設(shè)、經(jīng)濟(jì)核算銜接起來；繪制出必要的設(shè)計(jì)圖紙。綜合應(yīng)用化學(xué)工程和相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)與技能，分析和解決實(shí)際問題。完成課程設(shè)計(jì)的撰寫。三、 文獻(xiàn)查詢方向及范圍利用學(xué)校的清華同方數(shù)據(jù)庫、萬方學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、ScienceDirect、ACS（美國化學(xué)學(xué)會(huì)）數(shù)據(jù)庫查詢對(duì)羥基苯甲酸乙酯的合成有關(guān)信息等中英文文獻(xiàn)與碩博論文。主要參考文獻(xiàn)王明新，宋溪明，常曉紅,孔玉梅.對(duì)羥基苯甲酸乙酯合成新方法[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào),2000.任麗磊，邊延江，張爽.對(duì)羥基苯甲酸酯合成研究的新進(jìn)展[J].河北廊坊師范學(xué)院,2009.宋啟煌主編.精細(xì)化工工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.宋航，付超主編.化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.HUDDLESTONJG,VISERAE,REICHERTWM.Characterizationandcomparisonofhydrophilicandhydrophobicroomtemperatureionicliquidsincorporatingtheimidazoliumcation[J].GreenChem,2001,3:156-164.目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1前言 1\o"CurrentDocument"1.1性質(zhì)及用途 1\o"CurrentDocument"1.2產(chǎn)品特性 1\o"CurrentDocument"1.3產(chǎn)品工藝介紹 11.3.1固體超強(qiáng)酸催化 21.3.2雜多酸催化 21.3.3硫酸鐵銨催化 21.3.4離子液體催化 31.3.5無機(jī)酸鹽及氧化物催化 3\o"CurrentDocument"2工藝設(shè)計(jì) 5\o"CurrentDocument"2.1工藝路線設(shè)計(jì) 5\o"CurrentDocument"2.2生產(chǎn)工藝 52.2.1工藝流程圖 92.2.2生產(chǎn)操作 5\o"CurrentDocument"3可行性分析 6\o"CurrentDocument"3.1工藝可行性分析 6\o"CurrentDocument"3.2經(jīng)濟(jì)效益可行性分析 6結(jié)論 7\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 8附錄 91前言1.1性質(zhì)及用途對(duì)羥基苯甲酸乙酯（構(gòu)成酯的醇不含有苯環(huán)）又稱尼泊金乙酯，是目前世界上用途最廣，用量最大，應(yīng)用頻率最高的一系列防腐劑。它具有高效、低毒、廣譜、易配伍等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于日化、醫(yī)藥、食品、飼料及各種工業(yè)防腐等方面，它是我國重點(diǎn)發(fā)展的替代苯甲酸鈉等食品防腐劑的產(chǎn)品之一[1]。1.2產(chǎn)品特性對(duì)羥基苯甲酸乙酯是白色結(jié)品粉末，無味，無臭，使用范圍pH為4?8,缺點(diǎn)是使用時(shí)因?qū)αu基苯甲酸乙酯水溶性較差，常用醇類先溶解后再使用；同時(shí)價(jià)格較高。其核磁共振譜圖如圖1，紅外光譜圖如圖2：圖圖1尼泊金乙酯的核磁共振譜圖1.3產(chǎn)品工藝介紹硫酸催化酯化法是合成酯的傳統(tǒng)的經(jīng)典方法，但是由于以硫酸為催化劑存在著諸多的弊端，如對(duì)環(huán)境污染大、腐蝕設(shè)備、副產(chǎn)物多、耗時(shí)長(zhǎng)、產(chǎn)率低等，因此，人們?cè)诓粩嗟靥剿饔眯路椒ㄐ麓呋瘎﹣砗铣蓪?duì)羥基苯甲酸酯，從而減少或避免上述的弊端［2］。1.3.1固體超強(qiáng)酸催化合成對(duì)羥基苯甲酸酯固體超強(qiáng)酸的酸性比100%硫酸更強(qiáng)，具有不腐蝕反應(yīng)設(shè)備，不污染環(huán)境，不怕水，耐高溫，反應(yīng)活性高，選擇性好，制備容易，易分離，可再生，可重復(fù)使用等諸多優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：材料要求高，價(jià)格較貴［2］。1.3.2雜多酸催化合成對(duì)羥基苯甲酸酯雜多酸是由兩種以上無機(jī)含氧酸縮合而成的多元酸。它對(duì)許多反應(yīng)具有高的催化活性和選擇性，并具有不揮發(fā)、對(duì)熱穩(wěn)定性和污染少等有利條件，可大大減輕設(shè)備的腐蝕，其再生速度快⑵。1.3.3硫酸鐵銨催化合成對(duì)羥基苯甲酸丁酯十二水硫酸鐵銨性質(zhì)穩(wěn)定，不吸潮，易分離，可再利用，而且不腐蝕設(shè)備，是一種性能良好的催化劑［2］1.3.4離子液體催化化合成對(duì)羥基苯甲酸乙酯離子液體作為一種室溫下熔融的鹽、新型反應(yīng)介質(zhì)和綠色溶劑，具有液態(tài)范圍寬、溶解范圍廣、蒸汽壓為零、穩(wěn)定性好、酸堿性可調(diào)、產(chǎn)品一分離和可循環(huán)利用等一系列獨(dú)特性質(zhì)，被認(rèn)為是繼水和超臨界二氧化碳后的又一大類在現(xiàn)代有機(jī)合成中具有良好應(yīng)用前景的反應(yīng)介質(zhì)和新型綠色溶劑，目前某些離子液體已經(jīng)成功應(yīng)用于對(duì)羥基苯甲酸乙酯的合成，所用的離子按文獻(xiàn)［3］合成。1.3.5無機(jī)酸鹽或氧化物催化合成對(duì)羥基苯甲酸酯不少無機(jī)酸鹽是價(jià)廉易得的Lewis酸，它們對(duì)設(shè)備腐蝕小，環(huán)境污染小，催化劑用量少⑵。如FeCl3.6H2O。反應(yīng)物配比對(duì)酯產(chǎn)率的影響采用催化劑用量相對(duì)于對(duì)羥基苯甲酸摩爾比為0.12:1,反應(yīng)時(shí)間3h,回流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1囹。表1反應(yīng)物配比對(duì)酯產(chǎn)率的影響編號(hào)尼泊金酸/乙醇催化劑量反應(yīng)時(shí)間(h)酯產(chǎn)率(％)11:1.01:0.12351.221:1.51:0.12362.331:2.01:0.12375.441:2.51:0.12376.951:3.01:0.12377.1一般直接酯化反應(yīng)時(shí)，通常是增加其一反應(yīng)物的用量來提高另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率從而提高產(chǎn)率。從二者的成本看，選取醇過量比較合適。隨著醇用量的增加，酯產(chǎn)率有所提高，但當(dāng)達(dá)1:2時(shí)增加效果不明顯。這可能是與反應(yīng)機(jī)理有關(guān).反應(yīng)過程中首先是三價(jià)鐵離子的外層空軌道與對(duì)羥基苯甲酸的羰基形成較牢固和穩(wěn)定的復(fù)合物，然后再與醇反應(yīng)，因此醇過量太多會(huì)使酸的濃度相對(duì)下降，不利于復(fù)合物的形成，因而收率增加效果不明顯，故選1:2較為合適。催化劑用量對(duì)酯產(chǎn)率的影響采用對(duì)羥基苯甲酸用量相對(duì)于乙醇摩爾比為1:2,反應(yīng)時(shí)間3h,回流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)囹，結(jié)果見表2。表2催化劑用量對(duì)酯產(chǎn)率的影響編號(hào)尼泊金酸/乙醇催化劑量反應(yīng)時(shí)間(h)酯產(chǎn)率(％)61:2.01:0.04352.171:2.01:0.08363.481:2.01:0.12375.891:2.01:0.16375.1101:2.01:0.20374.6不難看出FeCl3?6H2O對(duì)本反應(yīng)有明顯的催化作用，同時(shí)隨催化劑用量的增加，酯產(chǎn)率有較大的提高，但當(dāng)催化劑用量進(jìn)一步增加到一定程度時(shí)產(chǎn)率提高不明顯，可能是由于催化劑量過多給產(chǎn)品的洗滌、分離帶來麻煩，因而造成產(chǎn)品的損失.因此比較理想的催化劑用量為1:0.12。反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯產(chǎn)率的影響[4]采用對(duì)羥基苯甲酸用量相對(duì)于乙醇摩爾比為1：2，催化劑用量相對(duì)于對(duì)羥基苯甲酸摩爾比為0.12:1,回流狀態(tài)通過改變反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。表3反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯產(chǎn)率的影響編號(hào)尼泊金酸/乙醇催化劑量反應(yīng)時(shí)間(h)酯產(chǎn)率(％)111：2.01:0.12256.8121：2.01:0.122.568.4131：2.01:0.12376.5141：2.01:0.123.577.1151：2.01:0.12477.6增加反應(yīng)時(shí)間有利于提高酯產(chǎn)率，這可能是由于對(duì)羥基苯甲酸是較大的共軛體系，其羰基與三價(jià)鐵離子的外層空軌道形成復(fù)合物較脂肪族困難，因此延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間對(duì)本反應(yīng)有利，但是時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)加長(zhǎng)生產(chǎn)周期，從而增加生產(chǎn)成本.故在保證充分反應(yīng)的前提下盡量縮短反應(yīng)時(shí)間，最佳時(shí)間為3h。最佳實(shí)驗(yàn)條件采用對(duì)羥基苯甲酸用量相對(duì)于95%乙醇摩爾比為1:2，催化劑相對(duì)于對(duì)羥基苯甲酸用量摩爾比為0.12:1，回流狀態(tài)3h進(jìn)行實(shí)驗(yàn).。結(jié)果見表4。表4最佳條件結(jié)果編號(hào)尼泊金酸/乙醇催化劑量反應(yīng)時(shí)間(h)酯產(chǎn)率(％)161：2.01:0.12375.8171：2.01:0.12377.5181：2.01:0.12376.222工藝設(shè)計(jì)2.1工藝路線設(shè)計(jì)OH少量水k2co3,kohOKCOOH少量水k2co3,kohOKCO2HCl.2.2生產(chǎn)工藝2.2.1工藝流程圖（見附錄）2.2.2工藝操作⑸從貯槽來的苯酚在鐵制混合器中與氫氧化鉀、碳酸鉀和少量水混合，加熱生成苯酚鉀，然后送到高壓釜中，在真空下加熱至130~140度，完全除去過剩的苯酚和水分,得到干燥的苯酚鉀鹽，并通入二氧化碳進(jìn)行羧基化反應(yīng)，開始時(shí)因反應(yīng)劇烈，反應(yīng)熱可通過冷卻水除去，后期反應(yīng)減弱，需要外部加熱，溫度控制在180?210度，反應(yīng)6?8h。反應(yīng)結(jié)束后，除去二氧化碳通入熱水溶解得到對(duì)羥基苯甲酸鉀溶液。溶液經(jīng)木質(zhì)脫色槽用活性炭和鋅粉脫色，趁熱用壓濾器過濾后，在木質(zhì)沉淀槽中用鹽酸析出對(duì)羥基苯甲酸。析出的漿經(jīng)離心分離、洗滌、干燥后即得工業(yè)用的對(duì)羥基苯甲酸。對(duì)羥基苯甲酸、乙醇、苯和六水合三氯化鐵依次加入到酯化釜內(nèi)，攪拌并加熱，蒸汽通過冷凝器冷凝后進(jìn)入分水器，上層苯回流入酯化釜內(nèi)，當(dāng)流出液不在含水時(shí)，即酯化終點(diǎn)。切換冷凝器開關(guān)，蒸出殘留的苯和乙醇，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至100度，保持10min左右，當(dāng)無冷凝液流出時(shí)趁熱將反應(yīng)液放入裝有水并不斷快速攪拌的清洗鍋內(nèi).加入NaOH,洗去未反應(yīng)的對(duì)羥基苯甲酸。離心過濾后的結(jié)品再回到清洗鍋內(nèi)用清水洗兩次，移入脫色鍋用乙醇加熱溶解后，加入活性炭脫色，趁熱進(jìn)行壓濾，濾液進(jìn)入結(jié)晶槽結(jié)品，結(jié)品過濾后即得產(chǎn)品。3可行性分析3.1工藝可行性分析原材料來源較廣，較易制的，價(jià)格便宜，設(shè)備較少，操作簡(jiǎn)單方便，收率在百分之七十五左右，產(chǎn)品質(zhì)量好，對(duì)環(huán)境影響較低。3.2經(jīng)濟(jì)可行性分析固定成本100萬；可變成本40萬；年產(chǎn)值80萬；成本及產(chǎn)值一覽表編號(hào)固定成本（萬元）可變成本（萬元）年產(chǎn)值（萬元）年累積（萬元）1-100-4080-6020-4080-2030-40802040-40806050-4080100經(jīng)分析在第二年后即可獲利,故項(xiàng)目可行［6］。結(jié)論用95%乙醇代替無水乙醇，既作反應(yīng)物又作溶劑，利用醇-水共沸原理，取消了常用的共沸脫水劑苯等，多余的醇可重復(fù)使用，減少了污染，降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。三氯化鐵替代濃硫酸等進(jìn)行催化酯化，減少了三廢污染.同時(shí)其來源廣泛，性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于反應(yīng)體系，反應(yīng)后處理簡(jiǎn)便，是一種有前途的酯化反應(yīng)催化劑。該工藝簡(jiǎn)單，收率高，便于工業(yè)化，具有顯著的實(shí)用開發(fā)價(jià)值。參考文獻(xiàn)張殿義.化妝品原料規(guī)格使用手冊(cè)[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002:112.任麗磊，邊延江，張爽.對(duì)羥基苯甲酸酯合成研究的新進(jìn)展[J].河北廊坊師范學(xué)院,2009.HUDDLESTONJG,VISERAE,REICHERTWM.Characterizationandcomparisonofhydrophilicandhydrophobicroomtemperature