對羥基苯甲酸乙酯工藝設(shè)計

課程設(shè)計題目 對羥基苯甲酸乙酯工藝設(shè)計學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝班 級 化工xxx學(xué) 生 xxx學(xué) 號 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 xxxxxxxxxxxx設(shè)計題目 對羥基苯甲酸乙酯工藝設(shè)計 一、 課程設(shè)計的內(nèi)容主要內(nèi)容為年產(chǎn)10萬噸對羥基苯甲酸乙酯的合成工藝設(shè)計。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，并進行經(jīng)濟核算。二、 課程設(shè)計的要求查閱國內(nèi)外的相關(guān)文獻不得少于5篇，完成課程設(shè)計任務(wù)。獨立完成給定的設(shè)計任務(wù)后編寫出符合要求的課程設(shè)計說明書，要求工藝設(shè)計合理，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)濟核算銜接起來；繪制出必要的設(shè)計圖紙。綜合應(yīng)用化學(xué)工程和相關(guān)學(xué)科的理論知識與技能，分析和解決實際問題。完成課程設(shè)計的撰寫。三、 文獻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）數(shù)據(jù)庫查詢對羥基苯甲酸乙酯的合成有關(guān)信息等中英文文獻與碩博論文。主要參考文獻王明新，宋溪明，常曉紅,孔玉梅.對羥基苯甲酸乙酯合成新方法[J].遼寧大學(xué)學(xué)報,2000.任麗磊，邊延江，張爽.對羥基苯甲酸酯合成研究的新進展[J].河北廊坊師范學(xué)院,2009.宋啟煌主編.精細化工工藝學(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[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無機酸鹽及氧化物催化 3\o"CurrentDocument"2工藝設(shè)計 5\o"CurrentDocument"2.1工藝路線設(shè)計 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)濟效益可行性分析 6結(jié)論 7\o"CurrentDocument"參考文獻 8附錄 91前言1.1性質(zhì)及用途對羥基苯甲酸乙酯（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，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,缺點是使用時因?qū)αu基苯甲酸乙酯水溶性較差，常用醇類先溶解后再使用；同時價格較高。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，如對環(huán)境污染大、腐蝕設(shè)備、副產(chǎn)物多、耗時長、產(chǎn)率低等，因此，人們在不斷地探索用新方法新催化劑來合成對羥基苯甲酸酯，從而減少或避免上述的弊端［2］。1.3.1固體超強酸催化合成對羥基苯甲酸酯固體超強酸的酸性比100%硫酸更強，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。缺點：材料要求高，價格較貴［2］。1.3.2雜多酸催化合成對羥基苯甲酸酯雜多酸是由兩種以上無機含氧酸縮合而成的多元酸。它對許多反應(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)利用等一系列獨特性質(zhì)，被認為是繼水和超臨界二氧化碳后的又一大類在現(xiàn)代有機合成中具有良好應(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)用于對羥基苯甲酸乙酯的合成，所用的離子按文獻［3］合成。1.3.5無機酸鹽或氧化物催化合成對羥基苯甲酸酯不少無機酸鹽是價廉易得的Lewis酸，它們對設(shè)備腐蝕小，環(huán)境污染小，催化劑用量少⑵。如FeCl3.6H2O。反應(yīng)物配比對酯產(chǎn)率的影響采用催化劑用量相對于對羥基苯甲酸摩爾比為0.12:1,反應(yīng)時間3h,回流狀態(tài)進行實驗，結(jié)果見表1囹。表1反應(yīng)物配比對酯產(chǎn)率的影響編號尼泊金酸/乙醇催化劑量反應(yīng)時間(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，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，但當達1:2時增加效果不明顯。這可能是與反應(yīng)機理有關(guān).反應(yīng)過程中首先是三價鐵離子的外層空軌道與對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)，因此醇過量太多會使酸的濃度相對下降，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。催化劑用量對酯產(chǎn)率的影響采用對羥基苯甲酸用量相對于乙醇摩爾比為1:2,反應(yīng)時間3h,回流狀態(tài)進行實驗囹，結(jié)果見表2。表2催化劑用量對酯產(chǎn)率的影響編號尼泊金酸/乙醇催化劑量反應(yīng)時間(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對本反應(yīng)有明顯的催化作用，同時隨催化劑用量的增加，酯產(chǎn)率有較大的提高，但當催化劑用量進一步增加到一定程度時產(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)時間對酯產(chǎn)率的影響[4]采用對羥基苯甲酸用量相對于乙醇摩爾比為1：2，催化劑用量相對于對羥基苯甲酸摩爾比為0.12:1,回流狀態(tài)通過改變反應(yīng)時間進行實驗，結(jié)果見表3。表3反應(yīng)時間對酯產(chǎn)率的影響編號尼泊金酸/乙醇催化劑量反應(yīng)時間(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)時間有利于提高酯產(chǎn)率，這可能是由于對羥基苯甲酸是較大的共軛體系，其羰基與三價鐵離子的外層空軌道形成復(fù)合物較脂肪族困難，因此延長反應(yīng)時間對本反應(yīng)有利，但是時間過長會加長生產(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)時間，最佳時間為3h。最佳實驗條件采用對羥基苯甲酸用量相對于95%乙醇摩爾比為1:2，催化劑相對于對羥基苯甲酸用量摩爾比為0.12:1，回流狀態(tài)3h進行實驗.。結(jié)果見表4。表4最佳條件結(jié)果編號尼泊金酸/乙醇催化劑量反應(yīng)時間(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2.1工藝路線設(shè)計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，并通入二氧化碳進行羧基化反應(yīng)，開始時因反應(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)用的對羥基苯甲酸。對羥基苯甲酸、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入分水器，上層苯回流入酯化釜內(nèi)，當流出液不在含水時，即酯化終點。切換冷凝器開關(guān)，蒸出殘留的苯和乙醇，當反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至100度，保持10min左右，當無冷凝液流出時趁熱將反應(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，趁熱進行壓濾，濾液進入結(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，價格便宜，設(shè)備較少，操作簡單方便，收率在百分之七十五左右，產(chǎn)品質(zhì)量好，對環(huán)境影響較低。3.2經(jīng)濟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)濟效益。三氯化鐵替代濃硫酸等進行催化酯化，減少了三廢污染.同時其來源廣泛，性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于反應(yīng)體系，反應(yīng)后處理簡便，是一種有前途的酯化反應(yīng)催化劑。該工藝簡單，收率高，便于工業(yè)化，具有顯著的實用開發(fā)價值。參考文獻張殿義.化妝品原料規(guī)格使用手冊[M].北京:中國標準出版社,2002:112.任麗磊，邊延江，張爽.對羥基苯甲酸酯合成研究的新進展[J].河北廊坊師范學(xué)院,2009.HUDDLESTONJG,VISERAE,REICHERTWM.Characterizationandcomparisonofhydrophilicandhydrophobicroomtemperature