课程设计-- 酯化法生产柠檬酸三丁酯的工艺设计
柠檬酸三丁酯的催化合成研究
柠檬酸三丁酯的催化合成研究柠檬酸三丁酯是一种常见的有机酯类化合物，广泛应用于食品、药品、塑料、涂料等领域。
其催化合成方法是一项重要的研究课题。
本文将从反应机理、催化剂、反应条件等方面对柠檬酸三丁酯的催化合成进行探讨。
一、反应机理柠檬酸三丁酯的催化合成是一种酯化反应。
反应物包括柠檬酸、丁醇和催化剂，反应产物为柠檬酸三丁酯和水。
反应机理如下：首先，柠檬酸和丁醇发生酯化反应，生成柠檬酸丁酯和水。
然后，柠檬酸丁酯与丁醇再次发生酯化反应，生成柠檬酸三丁酯和水。
整个反应过程中需要催化剂的存在，催化剂能够促进反应的进行，降低反应能垒。
二、催化剂催化剂是柠檬酸三丁酯催化合成的关键因素之一。
常用的催化剂有硫酸、氯化亚砜、三氯化铝、氧化铝等。
其中，氧化铝催化剂具有较高的催化活性和选择性，且易于制备和回收利用。
氧化铝催化剂的催化机理是通过吸附反应物分子，使其形成键合状态，从而促进反应的进行。
三、反应条件反应条件对柠檬酸三丁酯催化合成的影响较大。
常见的反应条件包括反应温度、反应时间、反应物比例、催化剂用量等。
一般来说，反应温度在100℃左右，反应时间为2-4小时，反应物比例为柠檬酸：丁醇为1：3，催化剂用量为柠檬酸质量的2%-5%。
在这些条件下，柠檬酸三丁酯的产率可达80%以上。
四、催化合成的优点相比于传统的酯化反应方法，催化合成具有以下几个优点：1. 反应速度快，反应时间短。
2. 催化剂用量少，反应产物易于分离和纯化。
3. 反应条件温和，对环境友好。
4. 反应产物的选择性高，催化剂的选择性也较好。
五、总结柠檬酸三丁酯的催化合成是一项重要的研究课题，其反应机理、催化剂、反应条件等方面都需要深入探讨。
通过合理的催化剂选择和反应条件控制，可以实现高产率、高选择性的柠檬酸三丁酯催化合成。
催化合成方法具有反应速度快、催化剂用量少、反应条件温和等优点，是一种值得推广和应用的方法。
增塑剂柠檬酸三丁酯的生产工艺
增塑剂柠檬酸三丁酯的生产工艺1.引言1.1 概述概述增塑剂是一种在工业生产中被广泛使用的化学物质，其作用是在塑料制品中增加柔软度、可塑性和延展性。
柠檬酸三丁酯是一种常见的增塑剂，被广泛应用于各个领域，如塑料制品、橡胶制品、涂料和油墨等。
本文将介绍柠檬酸三丁酯的生产工艺，包括其定义和作用，以及特性和应用。
我们将探讨生产柠檬酸三丁酯的工艺流程，并讨论工艺的优化和改进方法，以提高其生产效率和质量。
通过本文的阅读，读者将能够全面了解柠檬酸三丁酯的生产工艺，并获得关于该工艺的实用信息。
这对于从事增塑剂生产、研发和应用的相关人员具有重要意义。
同时，本文也为进一步研究和开发新的增塑剂提供了参考和借鉴。
1.2文章结构文章结构的主要目的是为读者提供一个清晰的框架，以帮助他们更好地理解和阅读文章。
为了实现这一目的，本文将分为以下几个部分:第一部分是引言部分，该部分主要包括对文章的背景和目的进行介绍。
在本文中，我们将讨论增塑剂柠檬酸三丁酯的生产工艺。
首先，我们将概述增塑剂的定义和作用，并介绍柠檬酸三丁酯的特性和应用。
然后，我们将说明本文的结构和目的。
第二部分是正文部分，该部分主要介绍增塑剂柠檬酸三丁酯的特性和应用。
我们将详细描述柠檬酸三丁酯的化学结构和性质，并重点介绍它在塑料工业中的应用。
通过对柠檬酸三丁酯特性和应用的分析，我们将深入探讨该增塑剂在塑料制品中的优势和潜在的挑战。
第三部分是结论部分，该部分主要包括对柠檬酸三丁酯生产工艺的工艺流程进行介绍，并探讨如何优化和改进生产工艺。
我们将详细描述柠檬酸三丁酯的生产过程，并提出一些可行的改进措施，以提高生产效率和质量。
通过对生产工艺的分析和改进，我们希望能够为相关行业的生产者和研究者提供有益的参考和指导。
通过以上几个部分的编写，本文将全面阐述增塑剂柠檬酸三丁酯的生产工艺，并提供对应的理论依据和实践经验。
希望本文能够为读者加深对该增塑剂的了解，并为相关领域的研究和生产工作提供有价值的参考。
乙酰基柠檬酸三丁酯合成
乙酰基柠檬酸三丁酯（Acetyl tri-n-butyl citrate, ATBC）是一种生物降解的塑化剂，它广泛用于食品包装、儿童玩具和医疗设备等领域。
它是通过乙酰化柠檬酸和正丁醇在催化剂存在下反应合成的。
合成过程通常包括以下步骤：
1. 原料准备：取得所需的柠檬酸、正丁醇（n-butanol）、乙酸酐（Ac2O）作为乙酰化剂，以及催化剂（如硫酸或酸性离子交换树脂）。
2. 酯化反应：在反应釜中，将柠檬酸、正丁醇以及催化剂混合。
加热并搅拌以促进酯化反应，其中柠檬酸会与正丁醇反应生成柠檬酸三丁酯。
3. 乙酰化过程：在柠檬酸三丁酯合成完成后，加入乙酸酐进行乙酰化反应。
乙酸酐的加入通常是在控制的温度和压力条件下进行的。
4. 反应监控：通过取样和分析，监测反应物的转化率和产物的纯度，确保反应按预期进行。
5. 后处理：反应完成后，需要移除催化剂（如果使用固体催化剂）并通过蒸馏除去未反应的正丁醇和乙酸酐，留下乙酰基柠檬酸三丁酯。
6. 纯化：最后，通过蒸馏、结晶或其他分离技术提纯产品，得到高纯度的乙酰基柠檬酸三丁酯。
7. 质量检验：通过适当的化学分析方法（如气相色谱、高效液相色谱等）检验最终产品的纯度和质量。
这个合成路线是一个相对简单的酯化和乙酰化过程，但在工业生产中，操作条件（如温度、压力、反应时间等）和原料的比例需要严格控制以优化产率和产物纯度，并确保过程的经济性和可持续性。
此外，副产物的处理和原料的回收也是工业生产需要考虑的重要方面。
年产400吨乙酰柠檬酸三丁酯生产工艺设计
中文摘要毕业设计（论文）外文摘要目录1绪论 (1)1.1 乙酰柠檬酸三丁酯综述 (1)1.2 国内外发展情况 (3)1.3 反应原理 (4)1.4 本设计内容说明 (5)2 工艺流程的确定 (5)2.1 流程叙述 (5)2.2 工艺参数 (6)3 物料衡算 (7)3.1 总物料衡算 (7)3.2 单元操作物料衡算 (9)3.3 总物料平衡表 (15)4 热量衡算 (15)4.1 物性数据 (15)4.2 酯化釜 (16)4.3 酯化釜第一冷凝器 (19)4.4 酯化釜第二冷凝器 (19)4.5 脱醇釜 (20)4.6 脱醇塔顶冷凝器 (21)4.7 乙酰化釜 (22)4.8 乙酰化釜冷凝器 (23)4.9 脱酸塔釜 (24)4.10 脱酸酐塔顶冷凝器 (25)4.11 热量衡算结果汇总 (26)5 设备设计与选型 (26)6 三废处理 (41)7 经济概算 (42)7.1 生产装置投资 (42)7.2 产品成本估算 (42)7.3 经济效益分析 (43)结论 (44)致谢 (45)参考文献 (46)1 绪论1.1 乙酰柠檬酸三丁酯（ATBC）综述乙酰柠檬酸三丁酯是一种无毒增塑剂，可用作耐热耐光食品包装于乳制品、饮料瓶、瓶制食品的密封圈及医疗机械、玩具、无毒PVC膜、片材、纤维涂料、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩乙醛、聚苯乙烯等的增塑剂、聚偏二氯乙烯的稳定剂。
1.1.1 增塑剂凡能和树脂均匀混合，混合时不发生化学反应，但能降低物料的玻璃化温度和塑料成型加工时的熔体粘度，且本身保持不变，或虽起化学变化，但能长期保留在塑料制品中并能改变树脂的某些物理性质。
具有这些性能的液体有机化合物或低熔点的固体，均称做增塑剂。
增塑剂的主要作用是减弱树脂分子间的次价键（即范德华力），增加树脂分子键的移动性，降低树脂分子链的结晶性，增加树脂的可塑性。
按照化学结构分类，增塑剂可以分为以下几类：（1）脂肪族二元酸酯（2）苯甲酸酯（系有苯甲酸和一些二元醇、三元醇、季戊四醇等经酯化的产品）（3）柠檬酸酯（主要品种是柠檬酸与C4～C8单元醇的酯化产品和乙酰化的酰化产品）（4）环氧化合物（5）氯化烃化合物（6）磷酸酯（分磷酸脂肪醇酯、磷酸苯酚酯、磷酸混合酯和含氯磷酸酯）（7）邻苯二甲酸酯（8）苯多羧酸酯（9）石油酯（主要是烷基磺酸苯酯）（10）聚酯（11）其他（不包括常用的或用量较小的品种，如一些芳香烃化合物、间或对苯二甲酸酯、硬脂酸酯、磺酰胺类以及多元醇的脂肪酸酯）。
柠檬酸三丁酯的性质与制备工艺(DOC)
前 言
柠檬酸三丁酯是一种增塑剂，它添加到聚合物体系中能使聚合物体系的塑性增加，柠檬酸三丁酯能添加到高分子聚合物中增加材料的可塑性，改善在成型加工时树脂的流动性，赋予制品柔软性的功能性产品。柠檬酸三丁酯是一种高沸难以挥发的粘稠液体，不与塑料发生反应。
增塑剂是现代工业最大的助剂品种占塑料助剂总产量的百分之六十，对促进塑料工业特别是聚氯乙烯工业的发展起决定性作用。目前主要用于PVC制品添加了增塑剂的PVC主要应用领域为玩具电线电缆地板及墙壁贴面建材汽车包装材料电子与医疗部件如血浆袋和成套输液器等大量耐用并易造型的塑料制品中。现代的增塑工业发展成为以石油化工为基础以柠檬酸三丁酯为核心的多种品种，大生产的化工行业。
4、环保增塑剂柠檬酸三丁酯的优点
柠檬酸酯类产品作为一种新型“绿色”环保塑料增塑剂，无毒无味，可替代邻苯二甲酸酯类传统增塑剂，广泛用于食品及医药仪器包装、化妆品、日用品、玩具、军用品等领域，同时也是重要的化工中间体。其添加于聚氯乙烯(PVC)的性能与增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)等作用相当。主要品种有柠檬酸三乙酯(acetyl triethyl citrate，ATEC)、柠檬酸三丁酯(tributyl citrate，TBC)和乙酰柠檬酸三丁酯(acetyl tributyl citrate，ATBC)等，尤以后两者的开发最为引人注目。有关柠檬酸三丁酯和乙酰柠檬酸三丁酯等的生产，国外已经有三十多年的历史，后由于生产成本的原因，伴随邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)等的出现而逐渐沉寂。近年来由于DOP、DBP存在毒性，而且，由于柠檬酸酯具有生物降解性好的特点，工业废水的BOD和COD均小于苯二甲酸酯的工业废水，水中没有带苯环的有机化合物存在，废水容易处理，无毒柠檬酸三丁酯和乙酰柠檬酸三丁酯等的生产又得到了恢复和发展，其研究也不断深入。如美国的Mobay公司、Pettibone公司先后开始生产柠檬酸酯类增塑剂产品；生产柠檬酸酯已有30多年历史的Pifser和morflex公司也不断进行新产品开发与研究。相比而言，国内对于柠檬酸酯类的研究起步较晚，大都停留在实验室阶段，工业化研究主要集中在中国石化集团金陵石化公司研究院、湖南衡阳化工研究所、山东齐鲁石化公司等少数机构。
柠檬酸三丁酯合成工艺
柠檬酸三丁酯合成工艺
柠檬酸三丁酯是一种广泛应用的化学品，常用于食品添加剂、溶剂和调味剂等领域。
下面是柠檬酸三丁酯的合成工艺的详细解释。
柠檬酸三丁酯的合成工艺主要包括以下几个步骤：柠檬酸酯化、蒸馏分离和纯化。
首先，柠檬酸酯化是柠檬酸三丁酯制备的关键步骤。
柠檬酸和丁醇经过酯化反应生成柠檬酸丁酯。
催化剂常常使用硫酸或者酒石酸等强酸。
反应温度一般为100-150，反应时间视反应具体情况而定。
在反应过程中，还可以通过加入分子筛等吸附剂来去除生成的水，从而促进反应的进行。
其次，酯化反应完成后，需要经过蒸馏分离。
酯化反应产物中，柠檬酸三丁酯和未反应的柠檬酸酯以及副产物等组分混合在一起，需要通过蒸馏分离将柠檬酸三丁酯纯化。
常用的分离方法是常压蒸馏和真空蒸馏。
常压蒸馏用于分离易挥发的组分，而真空蒸馏适用于分离高沸点的组分。
通过调整蒸馏温度和压力等条件，得到纯度较高的柠檬酸三丁酯。
最后，通过纯化过程，可以进一步提高柠檬酸三丁酯的纯度。
纯化方法一般包括结晶法、溶剂结晶法和再蒸馏法等。
结晶法适用于分离高纯度的柠檬酸三丁酯，而溶剂结晶法适用于分离中等纯度的产品。
再蒸馏法则适用于去除混合物中的杂质，从而达到提高纯度的目的。
总而言之，柠檬酸三丁酯的合成工艺包括柠檬酸酯化、蒸馏分离和纯化三个步骤。
酯化反应通过柠檬酸和丁醇的酯化反应合成柠檬酸丁酯，然后通过蒸馏分离将柠檬酸三丁酯纯化，并通过纯化操作进一步提高其纯度。
这个工艺能够有效地制备出高纯度的柠檬酸三丁酯，满足不同领域的需求。
柠檬酸三丁酯的性质与制备工艺
柠檬酸三丁酯的性质与制备工艺集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）编号：日期：职业技术学院毕业设计 (论文)题目: 柠檬酸三丁酯的性质与制备工艺指导教师:系部: 生化工程系专业: 应用化工技术姓名: 周海燕学号: ?目录第一章54、环保增塑剂柠檬酸三丁酯的优点摘要使用固体超强酸作催化剂生产柠檬酸三丁酯无毒增塑剂，开发柠檬酸三丁酯合成新工艺的核心在于研发出催化活性高、腐蚀性小、易分离、重复使用和再生性能好、成本低的催化剂。
关键词：无毒增塑剂柠檬酸三丁酯合成工艺前言柠檬酸三丁酯是一种增塑剂，它添加到聚合物体系中能使聚合物体系的塑性增加，柠檬酸三丁酯能添加到高分子聚合物中增加材料的可塑性，改善在成型加工时树脂的流动性，赋予制品柔软性的功能性产品。
柠檬酸三丁酯是一种高沸难以挥发的粘稠液体，不与塑料发生反应。
增塑剂是现代工业最大的助剂品种占塑料助剂总产量的百分之六十，对促进塑料工业特别是聚氯乙烯工业的发展起决定性作用。
目前主要用于PVC制品添加了增塑剂的PVC主要应用领域为玩具电线电缆地板及墙壁贴面建材汽车包装材料电子与医疗部件如血浆袋和成套输液器等大量耐用并易造型的塑料制品中。
现代的增塑工业发展成为以石油化工为基础以柠檬酸三丁酯为核心的多种品种，大生产的化工行业。
一增塑剂的发展第一章增塑剂的发展现状1.1、概述增塑剂是添加到高分子聚合物中增加材料塑性，使之易加工，赋予制品柔软性的功能性化工产品，也是迄今为止产能和消费量最大的助剂种类。
它被广泛应用于玩具、建筑材料、汽车配件、电子与医疗部件等大量耐用并且易造型的塑料制品中。
1.2、增塑剂作用机理增塑剂是具有一定极性的有机化合物，与聚合物相混合时，升高温度，使聚合物分子热运动变得激烈，于是链间的作用力削弱，分于间距离扩大，小分子增塑剂钻到大分子聚合物链间，这样增塑剂的极性基团与聚合物分子的极性基团相互作用代替了聚合物极性分子间的作用，使聚合物溶涨，增塑剂中的非极性部分把聚台物分子的极性基屏蔽起来。
制备柠檬酸酸三丁酯化学方程式
制备柠檬酸酸三丁酯化学方程式柠檬酸酸三丁酯是一种常见的有机化合物，常用作食品添加剂和工业原料。
其化学方程式是C12H20O7，在实验室中，我们可以通过化学反应来制备柠檬酸酸三丁酯。
下面是具体步骤和化学方程式。
步骤一：制备柠檬酸二丁酯1. 将柠檬酸和丁醇加入反应瓶中。
2. 加入少量的硫酸作为催化剂。
3. 在加热的条件下，反应瓶中的物质发生酯化反应，生成柠檬酸二丁酯和水。
化学方程式：C6H8O7 + 2C4H10O → C12H20O7 + 3H2O步骤二：制备柠檬酸酸三丁酯1. 将制得的柠檬酸二丁酯加入反应瓶中。
2. 加入少量的硫酸作为催化剂。
3. 在加热的条件下，反应瓶中的物质再次发生酯化反应，生成柠檬酸酸三丁酯和水。
化学方程式：C6H8O7 + 3C4H10O → C12H20O7 + 4H2O这样，我们就可以通过上述两个步骤制备出柠檬酸酸三丁酯。
需要注意的是，在实验过程中，要注意控制好反应的温度和时间，以确保反应能够顺利进行并得到高纯度的产物。
在化学实验中，安全始终是第一位的。
在进行上述实验时，应该做好安全防护措施，避免接触到有害化学物品，以免发生意外。
实验室应该配备好相应的应急设备，并严格按照化学实验的操作规程进行操作。
制备柠檬酸酸三丁酯的化学方程式是一个简单而重要的化学反应，通过掌握其制备方法，我们可以更好地了解和应用这一有机化合物。
在进行相关实验时，一定要严格遵守实验室的安全规定，确保自己和他人的安全。
制备柠檬酸酸三丁酯是有机化学实验课程中常见的一项实验内容，通过该实验可以帮助学生掌握酯化反应的原理和操作技能。
在进行实验之前，实验者需要对实验步骤和安全注意事项有所了解，以确保实验的顺利进行和个人安全。
在实验中，第一步是制备柠檬酸二丁酯。
柠檬酸二丁酯是一种酯类化合物，其化学结构中含有一个柠檬酸基团和两个丁醇基团。
通过将柠檬酸与丁醇加入反应瓶中，并加入少量的硫酸作为催化剂，随后在加热条件下进行酯化反应，即可得到柠檬酸二丁酯和水。
课程设计--酯化法生产柠檬酸三丁酯的工艺设计
南京工业大学化学化工学院《化工过程与工艺设计》设计题目酯化法生产柠檬酸三丁酯的工艺设计学生姓名庄永祥班级、学号J1001100633 指导教师姓名周浩力设计时间2013年6月27日--2013年7月5日课程设计成绩（五级分制）：指导教师签字前言在塑料制品大行其道的今天，塑化剂超标风险可谓无处不在。
塑化剂或称增塑剂，是一种增加材料柔软性或是使材料液化的添加剂，种类多达百余种。
近年来,随着食品、药品等工业的发展, 人们在对增塑剂的需求与日俱增同时, 对增塑剂的卫生也越来越关心。
目前, 工业上常用的增塑剂是邻苯二甲酸酯类, 但已有大量研究发现, 此类增塑剂有可能致癌, 许多国家已严格控制其在食品包装材料、医疗器械及儿童玩具等产品中的使用。
研究开发新型、绿色增塑剂已经成为当务之急。
柠檬酸三丁酯就是一种新型的良好的无毒增塑剂, 因其具有相溶性好、增塑效率高、不易挥发、无毒、无气味、耐寒性强等特点而倍受关注。
因此，近年来,柠檬酸三丁酯的合成研究较为活跃。
本设计针对目前国内生产及供需现状，对年产800吨无毒增塑剂柠檬酸三丁酯项目进行工艺设计。
设计中，参考同类工业生产的工艺现状，将生产过程分为酯化、脱醇，水洗及分离，干燥，脱色和过滤等5个操作单元。
通过进行物料衡算，确定每个操作单元进出物料量，并由此确定消耗定额，同时为热量衡算、设备选择、平面布置设计、管道设计、设备投资奠定基础。
对该工艺中所涉及到的各换热过程如酯化等操作单元的加热釜、冷凝器等设备均进行热量衡算，确定各换热器的传热面积、加热过程所用加热蒸气量和最大加热蒸气量、冷却过程冷却水消耗量和最大消耗量，为各换热设备的选择和公用工程中涉及到的加热蒸气、冷却水的供应提供了依据。
也为设备平面布置设计、管道设计和经济核算提供必要的数据。
结合对各个单元所进行的物料衡算和热量衡算，根据各操作单元所涉及的物料性质，对该工艺中所涉及到的设备进行了选择，其中的定型设备根据《化工工艺设计手册》进行选择，非定型设备如蒸馏塔则根据进入蒸馏物料量进行必要计算，确定各塔所需理论板数，根据所选填料特性确定所需填料层高度，最终确定各设备的材质和规格。
柠檬酸三丁酯的合成实验设计
传统方法合成柠檬酸三丁酯的预设实验思路黄振宇柠檬酸三丁酯的合成，所需仪器：电炉、酒精灯、石棉网、圆底三颈烧瓶250ml、分水器、磁力搅拌器若无，则搅拌器为电动，需要圆底四径直颈烧瓶)、温度计两支（200℃量程）、直形冷凝管、真空接液管、锥形瓶、分液漏斗、布氏抽滤瓶、克氏蒸馏瓶、圆底烧瓶、温度计、烧杯、玻璃棒、抽气瓶、抽气机、药品（每次实验剂量）：柠檬酸0.1mol、正丁醇0.45-0.5mol、浓硫酸0.6-1克活性炭、去离子水（均为分析纯）、5%的氢氧化钠溶液大致操作流程1.按设计图接好分液漏斗、分水器（分水器接直形冷凝管）、温度计等.三颈烧瓶放置磁力搅拌器。
分水器放水少许水。
实验开始，保证酯化温度为140-150℃2.中和水洗用5％的NaOH溶液中和、水洗至中性，分去水相。
3.蒸馏酯相在0．098MPa真空度下，控制釜液温度不超过140"O，减压蒸馏，回收过量的正丁醇。
4.脱色常压下，加入活性炭，搅拌0．5h左右冷却，滤出活性炭，得到柠檬酸三丁酯附以下文字材料：浓硫酸等强无机酸是传统的催化合成TBC的催化剂,它们虽然价格低,催化活性高,但存在反应时间长,选择性低,易引起脱水、氧化、炭化、醚化等副反应,后处理麻烦,产物与催化剂分离烦琐,设备腐蚀严重,有废酸排放,严重污染环境等缺点。
采用聚糖作为硫酸的载体制成壳聚糖硫酸盐可以克服硫酸作为催化剂的缺点,这种固载化的硫酸对设备无腐蚀,反应液的pH为中性,催化剂可重复使用5 次,其酸化率保持在94.4%~97.2%柠檬酸三丁酯无色透明油状液体，溶于多数有机溶剂，不溶于水。
本品挥发性小，无气味，与树脂的相容性好，增塑效果高。
可赋于制品良好的耐寒性、耐水性和抗霉性。
无毒沸点：170℃闪点：185℃密度：1.042折光率：1.444熔点：-20℃正丁醇英文：n-butanol；n-butyl alcohol；butanol化学名称：1-丁醇分子式：CH3CH2CH2CH2OH分子量：74.14物理及化学性质：无色液体，有酒味，相对密度(d2020)0.8109，沸点117.7℃，熔点--90.2℃，折射率(n20D )1.3993，闪点35-35.5℃，自燃点365℃，20℃时在水中的溶解度7.7%(重量)，水在正丁醇中的的溶解度20.1%(重量)。
乙酰柠檬酸三丁酯的生产设计
1 引言1.1 乙酰柠檬酸三丁酯概述乙酰柠檬酸三丁酯，其英文名称是Acetyl Tri-n-Butyl Citrate，简称ATBC，分子式为C20H34O8，分子量402.48。
乙酰柠檬酸三丁酯在常温常压下是无色透明的液体，在常温下密度为1.046g/cm3。
熔点是-80℃[1]。
当压力为101324.72Pa时，沸点为343℃，当压力为133.3Pa时，沸点为173℃。
折射率1.4408，闪点204℃[2]。
不溶于水但与多数有机溶剂相溶，与多种纤维素、氯化橡胶等相溶。
此外，还能与乙酸丁酯纤维素、乙酸纤维素部分相溶[3]。
乙酰柠檬酸三丁酯具有很多优良的性质，其最大的优点是无毒，安全性较高。
因此，乙酰柠檬酸三丁酯作为首选增塑剂被应用于制造儿童玩具、食品的包装、医疗用品之中。
美国食品与医药管理局（FDA）认为在所有的增塑剂中，乙酰柠檬酸三丁酯是最安全的[4]。
1.2 设计依据因为本设计是假定的设计，所以在实际的生活中不会使用。
那么设计书上标注的其他设计任务，例如计算的依据，经济效益，建设厂房时地理位置的选择，原料的供应其次还有燃料的种类，水、电、气的来源等都不会考虑。
2. 乙酰柠檬酸三丁酯生产流程叙述首先进行的是酯化反应，向反应釜中投入一定摩尔比的正丁醇和柠檬酸，加入氨基磺酸作为催化剂。
由于受到反应物正丁醇的影响，反应温度只能控制在110℃～160℃，并且在该温度下反应2.5小时。
直到酯化合格为止[5]。
酯化反应后，将反应产物TBC转入脱醇塔中，进行减压蒸馏。
用脱醇冷凝器给脱醇塔内的正丁醇蒸汽降温后，一部分正丁醇回流到酯化反应釜中继续参与反应，其余的正丁醇溶液进入回收罐循环使用。
脱醇后的TBC与乙酸酐按1：1.8的摩尔比加入到酰化反应釜中。
然后再将低压蒸汽通入酰化釜夹套内，直到反应釜的温度上升至85℃，并将反应控制在该温度下进行。
将产生的气体通过乙酰化冷凝器降温后回流到反应釜继续进行反应，乙酸酐则被分离出来进入到回收罐。
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南京工业大学化学化工学院《化工过程与工艺设计》设计题目酯化法生产柠檬酸三丁酯的工艺设计学生姓名庄永祥班级、学号J1001100633 指导教师姓名周浩力设计时间2013年6月27日--2013年7月5日课程设计成绩（五级分制）：指导教师签字前言在塑料制品大行其道的今天，塑化剂超标风险可谓无处不在。
塑化剂或称增塑剂，是一种增加材料柔软性或是使材料液化的添加剂，种类多达百余种。
近年来,随着食品、药品等工业的发展, 人们在对增塑剂的需求与日俱增同时, 对增塑剂的卫生也越来越关心。
目前, 工业上常用的增塑剂是邻苯二甲酸酯类, 但已有大量研究发现, 此类增塑剂有可能致癌, 许多国家已严格控制其在食品包装材料、医疗器械及儿童玩具等产品中的使用。
研究开发新型、绿色增塑剂已经成为当务之急。
柠檬酸三丁酯就是一种新型的良好的无毒增塑剂, 因其具有相溶性好、增塑效率高、不易挥发、无毒、无气味、耐寒性强等特点而倍受关注。
因此，近年来,柠檬酸三丁酯的合成研究较为活跃。
本设计针对目前国内生产及供需现状，对年产800吨无毒增塑剂柠檬酸三丁酯项目进行工艺设计。
设计中，参考同类工业生产的工艺现状，将生产过程分为酯化、脱醇，水洗及分离，干燥，脱色和过滤等5个操作单元。
通过进行物料衡算，确定每个操作单元进出物料量，并由此确定消耗定额，同时为热量衡算、设备选择、平面布置设计、管道设计、设备投资奠定基础。
对该工艺中所涉及到的各换热过程如酯化等操作单元的加热釜、冷凝器等设备均进行热量衡算，确定各换热器的传热面积、加热过程所用加热蒸气量和最大加热蒸气量、冷却过程冷却水消耗量和最大消耗量，为各换热设备的选择和公用工程中涉及到的加热蒸气、冷却水的供应提供了依据。
也为设备平面布置设计、管道设计和经济核算提供必要的数据。
结合对各个单元所进行的物料衡算和热量衡算，根据各操作单元所涉及的物料性质，对该工艺中所涉及到的设备进行了选择，其中的定型设备根据《化工工艺设计手册》进行选择，非定型设备如蒸馏塔则根据进入蒸馏物料量进行必要计算，确定各塔所需理论板数，根据所选填料特性确定所需填料层高度，最终确定各设备的材质和规格。
各个设备的选择为平面布置设计、管道布置设计及经济核算提供更为充分的依据。
对该工艺中所涉及的酯化反应和乙酰化反应及脱醇、脱酸、干燥等精馏过程，根据各操作设备的温度和压力，在综合考虑经济因素和操作因素的基础上，对所用的温度和压力测量仪表进行选型，为整个生产工艺的正常操作控制提供依据。
在前述工作的基础上，进行工艺流程设计，在设计时首先考虑工艺的优化组合，合理布置各设备的位置，充分考虑各工艺管道所输送物料的性质选择适当材质，综合考虑管道投资和输送动力消耗选择合适的管径，以达到最佳效益。
在工艺流程设计和设备选择的基础上进行平面布置设计，对于振动设备布置在一楼基础上，各储罐相对集中布置在罐区，对用量较大的物料和最终的产品贮罐尽可能靠近道路，对回流物质料罐尽可能布置在相对较高的位置，利用位能，以达到优化的目标。
第一部分设计说明书第一概述1.1催化酯化法生产TBC概述柠檬酸和过量正丁醇在催化剂和脱色剂存在下发生酯化反应，生成柠檬酸三正丁酯和水，经分水器分离过量醇和水，中和，再经减压和汽提进一步脱醇，达到闪点指标，脱色，过滤脱去机械杂质，计量、包装，即为成品TBC。
在这其中酯化反应是整个工艺的关键。
酯化反应催化剂一般都是具有强酸性的物质，如强质子酸、超强酸、杂多酸等，筛选出适合催化剂用于该酯化反应。
目前国内外研究热点主要集中在酯化反应新催化剂的开发上，寻找高活性，高选择性，制备工艺简单，经济实用，对环境友好的新型催化剂成为国内外学者的研究方向。
1.2与传统增塑剂相比，TBC的优点柠檬酸三丁酯是一种绿色环保的新型增塑剂，已成为传统增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)的绿色替代品，受到了人们广泛关注。
其主要特点在于：(1)无毒无味、绿色环保；(2)耐光、耐热、稳定性好、经久耐用；(3)与聚合物及树脂的相容性极好。
可广泛用于食品包装、医疗器具、儿童玩具以及个人卫生等各种橡塑制品。
第二设计说明书2.1 柠檬酸性质柠檬酸是一种重要的有机酸，又名枸橼酸，无色晶体，常含一分子结晶水，无臭，有很强的酸味，易溶于水。
其钙盐在冷水中比热水中易溶解，此性质常用来鉴定和分离柠檬酸。
结晶时控制适宜的温度可获得无水柠檬酸。
在工业，食品业，化妆业等具有极多的用途。
结构式如下：中文名称：柠檬酸英文名称：Citric Acid化学名称：2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸CAS：77-92-9分子式：C6H8O7分子量：192.14外观与性状：白色结晶粉末，无臭。
熔点（℃）：153℃沸点（℃）：（175℃分解)相对密度（水=1）：1.6650闪点（℃）：100溶解性:溶于水、乙醇、丙酮，不溶于乙醚、苯，微溶于氯仿。
水溶液显酸性。
物理性质：在室温下，柠檬酸为无色半透明晶体或白色颗粒或白色结晶性粉末，无臭、味极酸，在潮湿的空气中微有潮解性。
它可以以无水合物或者一水合物的形式存在：柠檬酸从热水中结晶时，生成无水合物；在冷水中结晶则生成一水合物。
加热到78 ℃时一水合物会分解得到无水合物。
在15摄氏度时，柠檬酸也可在无水乙醇中溶解。
柠檬酸结晶形态因结晶条件不同而不同，有无水柠檬酸C6H8O7也有含结晶水的柠檬酸2C6H8O7.H2O、C6H8O7.H2O或C6H8O7.2H2O。
化学性质：从结构上讲柠檬酸是一种三羧酸类化合物，并因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质。
加热至175 ℃时它会分解产生二氧化碳和水，剩余一些白色晶体。
柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H+可以电离；加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。
2.2 正丁醇性质中文名称：正丁醇中文别名酪醇; 丙原醇; 丁醇;分子式: C4H10O；CH3(CH2)3OHCAS编号：71-36-3分子量: 74.12熔点： -88.9℃沸点：117.25相对密度: d(20,4)=0.8098；蒸汽压: 0.82kPa/25℃溶解性: 微溶于水，溶于乙醇、醚等多数有机溶剂外观与性状：无色透明液体，具有特殊气味主要用途正丁醇主要用于制造邻苯二甲酸、脂肪族二元酸及磷酸的正丁酯类增塑剂，它们广泛用于各种塑料和橡胶制品中，也是有机合成中制丁醛、丁酸、丁胺和乳酸丁酯等的原料。
还是油脂、药物（如抗生素、激素和维生素）和香料的萃取剂，醇酸树脂涂料的添加剂等，又可用作有机染料和印刷油墨的溶剂，脱蜡剂。
储存注意事项：正丁醇应储存于阴凉、通风的库房。
远离火种、热源。
防止阳光直射。
包装密封。
储区应备有合适的材料收容泄漏物2.3柠檬酸三丁酯性质化学名称：3-羟基-3-羧基戊二酸三丁酯中文名称：柠檬酸三丁酯中文别名：柠檬酸三正丁基酯;柠檬酸三正丁酯英文名称：Tributyl citrate分子式：C18H32O7分子量：360.44沸点：225℃熔点：-20℃相对密度：（25/25℃）1.0418折射率：（25℃）1.4431结构式如下所示：主要性质如下：无色透明油状液体，熔点－20℃，沸点 170℃（133.3Pa），闪点（开杯）185℃。
溶于多数有机溶剂如甲醇、冰酯酸、矿物油等。
不溶于水，无毒无味，挥发性小，耐热耐光耐水，与乙烯基树脂、醋酸纤维素、乙酰基丁酸纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素等相容性好，为增塑效能较好的增塑剂；还具抗细菌又不滋长细菌、无刺激性，阻燃性及可降解性；可赋予制品良好的耐寒性、耐水性和抗霉性。
2.4设计依据依据1991年8月24日河南省石油化学工业厅《无毒增塑剂柠檬酸三丁酯合成研究》(91)豫石化鉴字004号，采用该研究成果，并参考国内外同类产品生产方法进行工艺设计。
2.5催化剂2.5.1磺酸催化剂对甲苯磺酸(PTSA)是～种强有机酸，其催化活性高、用量少，不易引起副反应，产品色泽好，对设备的腐蚀性和环境的污染都较小，是一种研究较多的催化剂。
它在乙酰化过程产乙酸正丁酯，原料利用高，目的产物经活性炭脱色，反应产率98％以上，效果较好。
在优化条件下，TBC反应产率95％。
2.5.2固体超强酸催化剂固体超强酸是指酸性比100％硫酸更强的固体酸，其酸的酸性可达100％硫酸的1万倍以上。
与传统催化剂相比，固体超强酸具有以下优点：①催化效率高，使用量小，副产物少；②可在高温下重复使用，催化剂与产物易于分离；③表面酸性强，且对设备无腐蚀性，有人自制固体超强酸s042州02催化合成TBC，酯化率大于98％。
2.5.3树脂催化剂树脂催化剂合成羧酸酯具有以下优点：①产品色泽好；②产物与催化剂易分离，后处理方便；③不腐蚀设备，无三废产生；④树脂再生后可重复利用等。
以D001型树有人以脂固载～C13催化合成TBC，TBC酯化产率96．27％，催化剂可熏复使用6次，应用前景看好。
2.5.4 杂多酸催化剂杂多酸是由不同的含氧酸缩合而制得的含氧多元酸的总称，是以杂原予P5+，P3+，Ge4+，B3+，As5+，si4+为中心原子，以w03，M003，V205等为配体的一类化合物，是强度均匀的质子酸，其活性较硫酸高，且不腐蚀设备，具有很好的稳定性，对环境污染较小，是一类有发展前景的绿色催化剂。
在优化条件下酯化率97％以上。
微球负载杂多酸，非均相反应合成TBc，催化剂重复使用5次，柠檬酸转化率仍高于91％，该催化剂易于产物分离，催化活性高，反应温度低，重复使用次数多，工业化前景较好。
有人以活性炭固载杂多酸合成TBC，催化剂重复使用5次，酯化率达96．3％以上，生产成本降低。
但杂多酸类催化剂用于柠檬酸酯类的生产仍需在降低使用成本，提高稳定性上进一步完善与提高。
2.6现有方法目前工业化生产柠檬酸三丁酯所用方法主要是以浓硫酸为催化剂的合成方法，这是因为使用硫酸为催化剂制备柠檬酸三丁酯的反应过程为均相反应，不存在传质影响，因此催化活性高，即酯化过程中柠檬酸转化率高，产品的综合成本较其它催化剂都低，且工艺成熟，操作方便，虽然以浓硫酸为催化剂合成柠檬酸三丁酯存在诸如腐蚀等缺点，但基于上述优势，目前仍广泛应用于柠檬酸三丁酯合成工艺中。
所以本设计以强酸性离子交换树脂作为柠檬酸三丁酯合成首选催化剂，同时兼顾未来新型固体酸催化剂的使用。
2.7基本工艺过程工艺流程简述：柠檬酸与正丁醇按摩尔比l：6的配比进入酯化反应釜，加入浓硫酸(加入量为柠檬酸的0．7％)做催化剂进行酯化反应，反应釜夹套内通入水蒸气将反应物料加热到120℃反应4小时至酯化合格。
酯化合格后的物料转入脱醇塔，在绝压2666Pa下进行减压精馏，正丁醇蒸气经脱醇冷凝器降温后，部分回流，其余含98％正丁醇的溶液进入丁醇回收罐循环使用合成柠檬酸三丁酯的工艺流程图如下：2.8基础数据年产量600吨TBC，质量分数97%，年工作日280天。