对羟基苯甲酸乙酯工艺设计

课程设计题目 对羟基苯甲酸乙酯工艺设计学院 化学化工学院 专 业 化学工程与工艺班 级 化工xxx学 生 xxx学 号 xxxxxxxxxxxx指导教师 化学工程系课程指导小组二0年十二月二十六日学院 化学化工学院 专业化学工程与工艺学生xxx学号 xxxxxxxxxxxx设计题目 对羟基苯甲酸乙酯工艺设计 一、 课程设计的内容主要内容为年产10万吨对羟基苯甲酸乙酯的合成工艺设计。通过物料衡算和能量衡算，确定关键设备的选型和材料，绘制出工艺流程图、反应釜、车间布置图等相关图纸，对生产过程中的安全技术、综合利用提出了合理的要求，并进行经济核算。二、 课程设计的要求查阅国内外的相关文献不得少于5篇，完成课程设计任务。独立完成给定的设计任务后编写出符合要求的课程设计说明书，要求工艺设计合理，将研究、开发的技术及过程开发的成果与过程建设、经济核算衔接起来；绘制出必要的设计图纸。综合应用化学工程和相关学科的理论知识与技能，分析和解决实际问题。完成课程设计的撰写。三、 文献查询方向及范围利用学校的清华同方数据库、万方学位论文全文数据库、ScienceDirect、ACS（美国化学学会）数据库查询对羟基苯甲酸乙酯的合成有关信息等中英文文献与硕博论文。主要参考文献王明新，宋溪明，常晓红,孔玉梅.对羟基苯甲酸乙酯合成新方法[J].辽宁大学学报,2000.任丽磊，边延江，张爽.对羟基苯甲酸酯合成研究的新进展[J].河北廊坊师范学院,2009.宋启煌主编.精细化工工艺学[M].北京:化学工业出版社,2003.宋航，付超主编.化工技术经济[M].北京:化学工业出版社,2008.HUDDLESTONJG,VISERAE,REICHERTWM.Characterizationandcomparisonofhydrophilicandhydrophobicroomtemperatureionicliquidsincorporatingtheimidazoliumcation[J].GreenChem,2001,3:156-164.目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1前言 1\o"CurrentDocument"1.1性质及用途 1\o"CurrentDocument"1.2产品特性 1\o"CurrentDocument"1.3产品工艺介绍 11.3.1固体超强酸催化 21.3.2杂多酸催化 21.3.3硫酸铁铵催化 21.3.4离子液体催化 31.3.5无机酸盐及氧化物催化 3\o"CurrentDocument"2工艺设计 5\o"CurrentDocument"2.1工艺路线设计 5\o"CurrentDocument"2.2生产工艺 52.2.1工艺流程图 92.2.2生产操作 5\o"CurrentDocument"3可行性分析 6\o"CurrentDocument"3.1工艺可行性分析 6\o"CurrentDocument"3.2经济效益可行性分析 6结论 7\o"CurrentDocument"参考文献 8附录 91前言1.1性质及用途对羟基苯甲酸乙酯（构成酯的醇不含有苯环）又称尼泊金乙酯，是目前世界上用途最广，用量最大，应用频率最高的一系列防腐剂。它具有高效、低毒、广谱、易配伍等优点，广泛应用于日化、医药、食品、饲料及各种工业防腐等方面，它是我国重点发展的替代苯甲酸钠等食品防腐剂的产品之一[1]。1.2产品特性对羟基苯甲酸乙酯是白色结品粉末，无味，无臭，使用范围pH为4〜8,缺点是使用时因对羟基苯甲酸乙酯水溶性较差，常用醇类先溶解后再使用；同时价格较高。其核磁共振谱图如图1，红外光谱图如图2：图图1尼泊金乙酯的核磁共振谱图1.3产品工艺介绍硫酸催化酯化法是合成酯的传统的经典方法，但是由于以硫酸为催化剂存在着诸多的弊端，如对环境污染大、腐蚀设备、副产物多、耗时长、产率低等，因此，人们在不断地探索用新方法新催化剂来合成对羟基苯甲酸酯，从而减少或避免上述的弊端［2］。1.3.1固体超强酸催化合成对羟基苯甲酸酯固体超强酸的酸性比100%硫酸更强，具有不腐蚀反应设备，不污染环境，不怕水，耐高温，反应活性高，选择性好，制备容易，易分离，可再生，可重复使用等诸多优点。缺点：材料要求高，价格较贵［2］。1.3.2杂多酸催化合成对羟基苯甲酸酯杂多酸是由两种以上无机含氧酸缩合而成的多元酸。它对许多反应具有高的催化活性和选择性，并具有不挥发、对热稳定性和污染少等有利条件，可大大减轻设备的腐蚀，其再生速度快⑵。1.3.3硫酸铁铵催化合成对羟基苯甲酸丁酯十二水硫酸铁铵性质稳定，不吸潮，易分离，可再利用，而且不腐蚀设备，是一种性能良好的催化剂［2］1.3.4离子液体催化化合成对羟基苯甲酸乙酯离子液体作为一种室温下熔融的盐、新型反应介质和绿色溶剂，具有液态范围宽、溶解范围广、蒸汽压为零、稳定性好、酸碱性可调、产品一分离和可循环利用等一系列独特性质，被认为是继水和超临界二氧化碳后的又一大类在现代有机合成中具有良好应用前景的反应介质和新型绿色溶剂，目前某些离子液体已经成功应用于对羟基苯甲酸乙酯的合成，所用的离子按文献［3］合成。1.3.5无机酸盐或氧化物催化合成对羟基苯甲酸酯不少无机酸盐是价廉易得的Lewis酸，它们对设备腐蚀小，环境污染小，催化剂用量少⑵。如FeCl3.6H2O。反应物配比对酯产率的影响采用催化剂用量相对于对羟基苯甲酸摩尔比为0.12:1,反应时间3h,回流状态进行实验，结果见表1囹。表1反应物配比对酯产率的影响编号尼泊金酸/乙醇催化剂量反应时间(h)酯产率(％)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应时，通常是增加其一反应物的用量来提高另一反应物的转化率从而提高产率。从二者的成本看，选取醇过量比较合适。随着醇用量的增加，酯产率有所提高，但当达1:2时增加效果不明显。这可能是与反应机理有关.反应过程中首先是三价铁离子的外层空轨道与对羟基苯甲酸的羰基形成较牢固和稳定的复合物，然后再与醇反应，因此醇过量太多会使酸的浓度相对下降，不利于复合物的形成，因而收率增加效果不明显，故选1:2较为合适。催化剂用量对酯产率的影响采用对羟基苯甲酸用量相对于乙醇摩尔比为1:2,反应时间3h,回流状态进行实验囹，结果见表2。表2催化剂用量对酯产率的影响编号尼泊金酸/乙醇催化剂量反应时间(h)酯产率(％)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不难看出FeCl3・6H2O对本反应有明显的催化作用，同时随催化剂用量的增加，酯产率有较大的提高，但当催化剂用量进一步增加到一定程度时产率提高不明显，可能是由于催化剂量过多给产品的洗涤、分离带来麻烦，因而造成产品的损失.因此比较理想的催化剂用量为1:0.12。反应时间对酯产率的影响[4]采用对羟基苯甲酸用量相对于乙醇摩尔比为1：2，催化剂用量相对于对羟基苯甲酸摩尔比为0.12:1,回流状态通过改变反应时间进行实验，结果见表3。表3反应时间对酯产率的影响编号尼泊金酸/乙醇催化剂量反应时间(h)酯产率(％)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增加反应时间有利于提高酯产率，这可能是由于对羟基苯甲酸是较大的共轭体系，其羰基与三价铁离子的外层空轨道形成复合物较脂肪族困难，因此延长反应时间对本反应有利，但是时间过长会加长生产周期，从而增加生产成本.故在保证充分反应的前提下尽量缩短反应时间，最佳时间为3h。最佳实验条件采用对羟基苯甲酸用量相对于95%乙醇摩尔比为1:2，催化剂相对于对羟基苯甲酸用量摩尔比为0.12:1，回流状态3h进行实验.。结果见表4。表4最佳条件结果编号尼泊金酸/乙醇催化剂量反应时间(h)酯产率(％)161：2.01:0.12375.8171：2.01:0.12377.5181：2.01:0.12376.222工艺设计2.1工艺路线设计OH少量水k2co3,kohOKCOOH少量水k2co3,kohOKCO2HCl.2.2生产工艺2.2.1工艺流程图（见附录）2.2.2工艺操作⑸从贮槽来的苯酚在铁制混合器中与氢氧化钾、碳酸钾和少量水混合，加热生成苯酚钾，然后送到高压釜中，在真空下加热至130~140度，完全除去过剩的苯酚和水分,得到干燥的苯酚钾盐，并通入二氧化碳进行羧基化反应，开始时因反应剧烈，反应热可通过冷却水除去，后期反应减弱，需要外部加热，温度控制在180〜210度，反应6〜8h。反应结束后，除去二氧化碳通入热水溶解得到对羟基苯甲酸钾溶液。溶液经木质脱色槽用活性炭和锌粉脱色，趁热用压滤器过滤后，在木质沉淀槽中用盐酸析出对羟基苯甲酸。析出的浆经离心分离、洗涤、干燥后即得工业用的对羟基苯甲酸。对羟基苯甲酸、乙醇、苯和六水合三氯化铁依次加入到酯化釜内，搅拌并加热，蒸汽通过冷凝器冷凝后进入分水器，上层苯回流入酯化釜内，当流出液不在含水时，即酯化终点。切换冷凝器开关，蒸出残留的苯和乙醇，当反应釜内温度升至100度，保持10min左右，当无冷凝液流出时趁热将反应液放入装有水并不断快速搅拌的清洗锅内.加入NaOH,洗去未反应的对羟基苯甲酸。离心过滤后的结品再回到清洗锅内用清水洗两次，移入脱色锅用乙醇加热溶解后，加入活性炭脱色，趁热进行压滤，滤液进入结晶槽结品，结品过滤后即得产品。3可行性分析3.1工艺可行性分析原材料来源较广，较易制的，价格便宜，设备较少，操作简单方便，收率在百分之七十五左右，产品质量好，对环境影响较低。3.2经济可行性分析固定成本100万；可变成本40万；年产值80万；成本及产值一览表编号固定成本（万元）可变成本（万元）年产值（万元）年累积（万元）1-100-4080-6020-4080-2030-40802040-40806050-4080100经分析在第二年后即可获利,故项目可行［6］。结论用95%乙醇代替无水乙醇，既作反应物又作溶剂，利用醇-水共沸原理，取消了常用的共沸脱水剂苯等，多余的醇可重复使用，减少了污染，降低了成本，提高了经济效益。三氯化铁替代浓硫酸等进行催化酯化，减少了三废污染.同时其来源广泛，性质稳定，不溶于反应体系，反应后处理简便，是一种有前途的酯化反应催化剂。该工艺简单，收率高，便于工业化，具有显著的实用开发价值。参考文献张殿义.化妆品原料规格使用手册[M].北京:中国标准出版社,2002:112.任丽磊，边延江，张爽.对羟基苯甲酸酯合成研究的新进展[J].河北廊坊师范学院,2009.HUDDLESTONJG,VISERAE,REICHERTWM.Characterizationandcomparisonofhydrophilicandhydrophobicroomtemperature