課程設(shè)計(jì)---對(duì)羥基苯甲酸乙酯工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目 對(duì)羥基苯甲酸乙酯工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　班

2、級(jí) 化工xxxx </p><p>　　學(xué) 生 xxxxx </p><p>　　學(xué) 號(hào) 2xxxxxxxxx0 </p><p>　　指導(dǎo)教師 化學(xué)工程系課程指導(dǎo)小組 </p><p&g

3、t;　　二〇一一 年 十二 月 二十六 日</p><p>　　學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　學(xué)生 xxxx 學(xué)號(hào) 2xxxxxxxxxx0 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目 對(duì)羥基苯甲酸乙酯工藝設(shè)計(jì)

4、 </p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</b></p><p>　　主要內(nèi)容為年產(chǎn)10萬(wàn)噸對(duì)羥基苯甲酸乙酯的合成工藝設(shè)計(jì)。通過(guò)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(chē)間布置圖等相關(guān)圖紙, 對(duì)生產(chǎn)過(guò)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。</p><p><b&g

5、t;　　二、課程設(shè)計(jì)的要求</b></p><p>　　1.查閱國(guó)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)。</p><p>　　2.獨(dú)立完成給定的設(shè)計(jì)任務(wù)后編寫(xiě)出符合要求的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū), 要求工藝設(shè)計(jì)合理, 將研究、開(kāi)發(fā)的技術(shù)及過(guò)程開(kāi)發(fā)的成果與過(guò)程建設(shè)、經(jīng)濟(jì)核算銜接起來(lái); 繪制出必要的設(shè)計(jì)圖紙。</p><p>　　3. 綜合應(yīng)用化學(xué)工程和相關(guān)學(xué)

6、科的理論知識(shí)與技能, 分析和解決實(shí)際問(wèn)題。</p><p>　　4. 完成課程設(shè)計(jì)的撰寫(xiě)。</p><p>　　三、文獻(xiàn)查詢方向及范圍</p><p>　　1．利用學(xué)校的清華同方數(shù)據(jù)庫(kù)、萬(wàn)方學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)、ScienceDirect、ACS(美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì))數(shù)據(jù)庫(kù)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。</p><p>&

7、lt;b>　　2．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 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.</p><p>　　[2] 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.</p><p>　　[3] 宋啟煌主編.精細(xì)化工工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)

8、工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[4] 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.</p><p>　　[5] HUDDLESTON J G, VISER A E, REICHERT W M. Characterization and comparison of hydrophilic and hydrophobic room temperature

9、ionic liquids incorporating the imidazolium cation [J]. Green Chem, 2001, 3: 156-164.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 前言……….…………………………………………….….…………………………….1</p><p>　　

10、1.1性質(zhì)及用途………………………............................………….………….………1</p><p>　　1.2 產(chǎn)品特性….......... ................……….......…………….………….………………1</p><p>　　1.3 產(chǎn)品工藝介紹....................…………………………….…....……..

11、……………1</p><p>　　1.3.1固體超強(qiáng)酸催化.........................………………………….…....………….2</p><p>　　1.3.2 雜多酸催化......................……..….………………………….…..….…….2</p><p>　　1.3.3 硫酸鐵銨催化...............

12、..……..….………………………….…..….……..2</p><p>　　1.3.4 離子液體催化......................……..….…………………………………….3</p><p>　　1.3.5 無(wú)機(jī)酸鹽及氧化物催化…………………………………………………..3 </p><p>　　2 工藝設(shè)計(jì)....................

13、..……..….………………………….…..….……………………..5</p><p>　　2.1 工藝路線設(shè)計(jì)……………………………………………………………………..5</p><p>　　2.2 生產(chǎn)工藝…………………………….………………...…………………………..5</p><p>　　2.2.1 工藝流程圖…………….…………………….………………………

14、……..9</p><p>　　2.2.2 生產(chǎn)操作..…………..……………………….…………………………….5</p><p>　　3 可行性分析………………………………………………………………………………6</p><p>　　3.1工藝可行性分析…………………………………………………………………..6</p><p>　　3.2經(jīng)濟(jì)效

15、益可行性分析……………………………………………………………..6</p><p>　　結(jié)論......................………….………….……………………..….……...…..….………...7</p><p>　　參考文獻(xiàn)......................…………….……………………………………...….………...8</p><p>

16、　　附錄......................…………………..…….. . .….. .….. .…...…………………….………..9</p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　1.1 性質(zhì)及用途</b></p><p>　　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

17、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(guó)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]。</p><p><b>　　1.2 產(chǎn)品特性</b></p><p>　　對(duì)羥基苯甲酸乙酯是白色結(jié)晶粉末，無(wú)味，無(wú)臭，使用范圍pH為4~8,

18、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：</p><p>　　1.3 產(chǎn)品工藝介紹</p><p>　　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﹣?lái)合成對(duì)羥基苯甲酸酯, 從而

19、減少或避免上述的弊端[2]。</p><p>　　1.3.1 固體超強(qiáng)酸催化合成對(duì)羥基苯甲酸酯</p><p>　　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]。</p><p>　　1.3.2 雜多酸

20、催化合成對(duì)羥基苯甲酸酯 </p><p>　　雜多酸是由兩種以上無(wú)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</p><p>　　的腐蝕, 其再生速度快[2]。</p><p>　　1.3.3 硫酸鐵銨催化合成對(duì)羥基苯甲酸丁酯</p><p>　　十二水硫酸

21、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]。</p><p>　　1.3.4 離子液體催化化合成對(duì)羥基苯甲酸乙酯</p><p>　　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

22、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。</p><p>　　1.3.5 無(wú)機(jī)酸鹽或氧化物催化合成對(duì)羥基苯甲酸酯</p><p>　　不少無(wú)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[2]。如FeCl3·6H2O。</p>&

23、lt;p>　　(1)反應(yīng)物配比對(duì)酯產(chǎn)率的影響</p><p>　　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(jiàn)表1[4]。</p><p>　　表1 反應(yīng)物配比對(duì)酯產(chǎn)率的影響</p><p>　　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(lái)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

24、醇過(guò)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(guò)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(guò)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。</p><p>　　(2)催化劑用量對(duì)酯產(chǎn)率的影響</p><p&

25、gt;　　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)[4],結(jié)果見(jiàn)表2。</p><p>　　表2 催化劑用量對(duì)酯產(chǎn)率的影響</p><p>　　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(guò)多給產(chǎn)品的洗滌、分

26、離帶來(lái)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。</p><p>　　(3)反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯產(chǎn)率的影響[4]</p><p>　　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(guò)改變反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 結(jié)果見(jiàn)表3。</p><p>　　表3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯產(chǎn)率的影響<

27、;/p><p>　　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(guò)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。</p><p><b>　?。?）最佳實(shí)驗(yàn)條件</b></p>

28、<p>　　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(jiàn)表4。</p><p>　　表4 最佳條件結(jié)果</p><p><b>　　2 工藝設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 工藝路線設(shè)計(jì)</p><p>&

29、lt;b>　　2.2 生產(chǎn)工藝</b></p><p>　　2.2.1 工藝流程圖(見(jiàn)附錄)</p><p>　　2.2.2 工藝操作[5]</p><p>　　從貯槽來(lái)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(guò)剩的苯酚和水分, 得到干燥的苯酚鉀鹽，并通入二

30、氧化碳進(jìn)行羧基化反應(yīng), 開(kāi)始時(shí)因反應(yīng)劇烈, 反應(yīng)熱可通過(guò)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(guò)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。</p><p>　　對(duì)羥基苯甲酸、乙醇、苯和六水

31、合三氯化鐵依次加入到酯化釜內(nèi), 攪拌并加熱, 蒸汽通過(guò)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(kāi)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(wú)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(guò)濾后的結(jié)晶再回到清洗鍋內(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

32、壓濾, 濾液進(jìn)入結(jié)晶槽結(jié)晶, 結(jié)晶過(guò)濾后即得產(chǎn)品。</p><p><b>　　3可行性分析</b></p><p>　　3.1工藝可行性分析</p><p>　　原材料來(lái)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。</p><p>　　3.2經(jīng)濟(jì)

33、可行性分析</p><p>　　固定成本 100萬(wàn)；</p><p><b>　　可變成本 40萬(wàn)；</b></p><p><b>　　年產(chǎn)值 80萬(wàn)；</b></p><p><b>　　成本及產(chǎn)值一覽表</b></p><p>　　經(jīng)分析在第三年后

34、即可獲利, 故項(xiàng)目可行[6]。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　(1) 用95%乙醇代替無(wú)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。</p><p>　　(2) 三氯化鐵替代濃硫酸等進(jìn)行催化酯化, 減

35、少了三廢污染. 同時(shí)其來(lái)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。</p><p>　　(3) 該工藝簡(jiǎn)單, 收率高, 便于工業(yè)化, 具有顯著的實(shí)用開(kāi)發(fā)價(jià)值。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張殿義.化妝品原料規(guī)格使用手冊(cè)[M]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社

36、,2002:112.</p><p>　　[2] 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.</p><p>　　[3] HUDDLESTON J G, VISER A E, REICHERT W M. Characterization and comparison of hydrophilic and hydrophobic room tem

37、perature ionic liquids incorporating the imidazolium cation [J]. Green Chem, 2001, 3: 156-164.</p><p>　　[4] 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.</p><p>　　[5] 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

38、,2003.</p><p>　　[6] 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.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　0-抽濾泵 1-苯酚貯槽 2-氫氧化鉀貯槽

39、 </p><p>　　3-混合器 4-冷凝器 5-回收苯貯槽</p><p>　　6-高壓釜 7-脫色槽 8-壓濾器</p><p>　　9-沉淀槽 10