酯化法生产柠檬酸三丁酯的工艺设计课程设计
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。
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。
年产800吨无毒增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯的工艺设计
摘要目前常用的邻苯二甲酸酯类增塑剂可能诱发致癌，国内外都在寻找能够替代的无毒增塑剂．柠檬酸酯类增塑剂是安全的替代增塑剂之一，今以柠檬酸三丁酯和己酸酐为原料，研究了硫酸氢钠、大孔强酸性阳离子交换树脂催化合成乙酰柠檬酸三丁酯的过程．考察了原料摩尔配比、催化剂用量、反应时间、反应温度对乙酰柠檬酸三丁酯收率的影响。
在适宜条件下，两种催化剂催化台成乙酰柠檬酸三丁酯的收率可分别达到99 5％和99 8％。
精制后，乙酰柠檬酸三丁酯的含量经气相色谱分析大于99％。
催化剂重复使用情况的考察表明：硫酸氢钠有较好的重复使用性：使用后经无水乙醇洗涤并干燥过的大孔强酸性阳离子交换树脂也具有很好的重复使用性。
关键词：柠檬酸三丁酯乙酰柠檬酸三丁酯合成AbstractStudies have shown that dioctyl-phthalate which is the most commonly used plasticizer is toxic and it might induce cancer.Because of its significant security and outstanding plasticity,tributly citrate(TBC)and acetyl tri-n-butyl citrate(ATBC)were considered to be phthalate non-toxic substitutes.This paper studies the process of synthesizing TBC and ATBC by using citric acid,n-butyl alcohol and acetylating agent.And the pilot plant for this process has been designed.This paper took as the catalyst of esterification．The effects ofreaction conditions on the yield of TBC,such as the amount of catMyst used,catalyst feeding way,molar ratio of n-butyl acohol to citric acid,heating temperature and reaction time,were investigated and the optimal conditions were obtained.Under the optimized conditions with molar ratio of 46.3％catalyst feeded in saturated solution,heated at 150℃with the reaction time of 150 min,the yield of TBC could reach 98.0％.Moreover,the results of neutralization washing in different alkali concentrations had been obtained,and the proper alkali concentration was 6％(in mass concentration).The reaction results of using acetyl chloride or acetic anbydride as acetylating agent were compared,and acetic anbydridewas chosen as the acetylating agent in this paper.ATBC Was synthesized by using acidic ionic as catalyst.The effects ofreaction conditions on the yield ofproduct.such as the dose of catalyst used,molar ratio of acetic anhydride to TBC,reaction temperature and reaction time,were investigated and the optimal conditions were obtained.Under theoptimized conditions with feed molar ratio of 1.5％catalyst,at 65℃with the reaction time of 45 min.the yield of ATBC reached 98.9％with small acetic anhydride dosage.When the catalyst Was reused for 5 times,the yield of ATBC was still up to 98.2％.Key words:environment-friendly plasticizer,tributyl citrate,aeetyl tri-n-butyl ctrate,ionic liquid,process optimizing,pilot design目录前言 1 第一章乙酰柠檬酸三丁酯背景与价值 2 第1.1节乙酰柠檬酸三丁酯简介 2 第1.2节乙酰柠檬酸三丁酯性质 2 第1.3节乙酰柠檬酸三丁酯的用途以及应用前景 2 第1.4节乙酰柠檬酸三丁酯生产方法 3 第二章工艺流程 6第2.1节工艺流程简述 6 第2.2节工艺流程图 6第三章物料衡算 8 第3.1节基础数据 8 第3.2节物料衡算 9 第四章能量恒算 19 第4.1节所用常数 19 第4.2节各反应釜能量衡算 20 第五章设备选型 29 第5.1节各设备选型 29 结论 42 参考文献 43 致谢 44前言本设计是以柠檬酸、正丁醇、醋酸酐为原料，浓硫酸为催化剂的年产800吨无毒增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯的工艺设计。
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。
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。
柠檬酸三丁酯的性质与制备工艺
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：目录第一章增塑剂的发展现状 (5)1、增塑剂的情况 (5)1。
1、概述 (5)1。
2、增塑剂作用机理 (5)2、增塑剂的现状及面临的问题 (5)2。
1、增塑剂现状 (5)2。
2、面临的问题 (5)3、增塑剂的国内外研究与应用现状及趋势 (7)4、环保增塑剂柠檬酸三丁酯的优点第二章典型增塑剂:柠檬酸三丁酯的合成工艺 (11)1、无毒增塑剂柠檬酸三丁酯的工艺优化研究 (11)1.1、国内生产柠檬酸三丁酯的传统工艺 (11)2、催化剂在酯化合成中的应用情况 (11)参考文献: (15)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。
一增塑剂的发展柠檬酸三丁酯的性质与制备工艺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。
任务三 柠檬酸三丁酯合成方法及工艺条件优化方案 2
任务三柠檬酸三丁酯合成方法及反应条件优化方案
1、目的要求：
通过相关文献检索，确定柠檬酸三丁酯的合成方法、影响反应的主要因素，并通过影响因素的分析，确定反应条件优化方案。
要求以组为单位独立完成优化方案确定，并完成相关表格填写。
2、小组负责人：
3、小组成员：
4、填写时间：
5、优化方案信息表格：
反应条件优化方案表格
实验装置仪器：１００ｍＬ三口烧瓶；温度计、分水器和回流冷凝管；精密增力电动搅拌器，调温电热套，液相色谱仪。
实验原料试剂：正丁醇，柠檬酸，ＮａＯＨ，对甲基苯磺酸，均为分析纯。
实验流程柠檬酸三丁酯的合成
在装有搅拌器、温度计、分水器和回流冷凝管的三颈瓶中，按一定计量加入正丁醇、柠檬酸和一定量的催化剂，搅拌，加热，控制反应温度（１３５～１４０）℃，反应回流一定时间后，停止加热，冷却反应液。
得无色透明油状液体，称取油状液体的质量。
利用液相色谱法测反应前、后质量的变化，按下式计算产率：
产率＝M实际/M理论×１００％
式中，M为柠檬酸三丁酯的质量，g
影响因素反应时间酸醇物质的量比催化剂用量
反应条件优化方案保持时间1.5h不变，调整柠檬酸和正丁醇的用量，取０．16ｍｏｌ（30.74g）的柠檬酸和０．48ｍｏｌ（35.58g）的正丁醇，磺化硅胶催化剂用量为
柠檬酸质量的１．３０％（0.4g），（１３５～１４０）℃加热回流，考
察醇酸比对产率的影响.醇酸比分别为1：3.5，、1：4、1：4.5。
评价指标
通过比较柠檬酸三丁酯的产率大小，产率越高越好。
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。
柠檬酸三丁酯的制备
11/28/2021
11/28/2021
柠檬酸三丁酯的制备
11/28/2021
组员：宋彦良·王巧飞·杨 坤
一、实验目的
了解由醇和羧酸制备羧酸酯的原理和方法。
学习液体有机物的蒸馏、洗涤和干燥等基本 操作。
11/28/2021
二、实验原理
主反应： 浓硫酸催化下，乙酸和乙醇生成乙酸乙酯
副反应：
11/28/2021
由于酯化反应是可逆反应，为提高酯的产率，采用增加 醇的用量及不断将产物酯和水蒸出的措施，使平衡右移。
11132017三实验试剂柠檬酸6ml02mol无水正丁醇95ml01mol浓硫酸25ml饱和碳酸钠溶液5ml饱和食盐水5ml饱和氯化钙溶液5ml无水硫酸镁11132017四实验装置回流装置蒸馏装置分液装置11132017四实验步骤1加料在50ml圆底烧瓶中加入95ml无水正丁醇和6ml柠再小心加入25ml浓硫酸摇匀投入12粒沸石然后装上冷凝管6ml柠檬酸25ml浓硫酸111320172加热回流以石棉网覆盖电炉为热源小火加热保持缓慢回流05h
饱和氯化钙溶液 (5ml) 无水硫酸镁
11/28/2021
四、实验装置
回流装置
11/28/2021
蒸馏装置
分液装置
四、实验步骤
1、加料
在50ml圆底烧瓶中加入 9.5ml无水正丁醇和6ml柠檬 酸， 再小心加入2.5ml浓硫 酸，摇匀，投入1～2粒沸石
，然后装上冷凝管。
2.5ml浓硫酸
6ml柠檬酸
9.5ml无水正丁 醇
11/28/2021
2、加热回流
以石棉网覆盖电炉为热源，小 火加热，保持缓慢回流0.5h。待反应
瓶冷却后，将回流装置改为蒸馏装置， 接受瓶用冷水冷却，加热蒸出生成的柠 檬酸三丁脂，直到馏出液体积约为反应
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)。
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。
化工工艺设计-500吨乙酰柠檬酸三丁酯
北京化工大学化学工程学院设计说明书题目：年产500吨乙酰柠檬酸三丁酯工艺设计学生：班级：学号：指导教师：2016年元月目录第一章工艺设计基础1.1 设计任务1.2 原辅材料性质及技术规格1.3 产品的性质及技术规格1.4 危险性物料的主要物性1.5 原辅材料的消耗定额第二章工艺说明2.1 生产方法、工艺技术路线及工艺特点2.1.1 生产方法2.1.2 工艺技术路线的确定2.2 生产流程简述第三章工艺计算与主要设备选型3.1 物料衡算3.1.1 计算的基准数据3.1.2 计算基准3.1.3 各单元物料衡算3.2 热量衡算3.2.1 计算的基准数据3.2.2 物料衡算3.3 酯化过程相关设备的计算及选型4.附图：带控制点的工艺流程图（PID）第一章工艺设计基础1.1 设计任务设计项目：年产500吨乙酰柠檬酸三丁酯生产工艺设计产品规格：纯度为98.5%的乙酰柠檬酸三丁酯（ATBC）生产能力：年产500吨ATBC；考虑到设备检修，年开工时间300天；采用五班三倒制，每班工作8h。
产品主要用途（合成乙酰柠檬三丁酯的意义）：作为一种优良的无毒增塑剂，用于食品包装、儿童玩具、医疗用品及其它生活用品。
此外，还可用作医药制品助剂，金属涂层，卫生用品中的除臭剂、香料和食品添加剂，色谱分析固定相等，应用前景十分广泛。
拟采用的聚合工艺：拟采用柠檬酸与正丁醇酯化反应生成柠檬酸三丁酯（TBC），酯化反应物经脱醇后再与醋酸酐进行乙酰化反应，然后，乙酰化反应物经过脱酸处理得到粗ATBC溶液，最后，再经过中和、水洗、干燥和脱色等后处理步骤得到满足要求的ATBC产品。
流程图如下：图1 乙酰柠檬酸三丁酯的合成工艺流程图主要设计任务：ATBC生产工艺由反应工段（图1虚线框图部分）和后处理工段两大部分组成，本设计大作业的主要设计任务为酯化、脱醇、乙酰化及脱酸四个部分工艺流程，后处理工段不做考查，具体任务如下：1.酯化、脱醇、乙酰化和脱酸等工段的物料衡算；2.酯化、脱醇、乙酰化和脱酸等工段的热量衡算；3.设备计算和选型；4.设计出反应工段带仪表及控制点的工艺流程图由于本设计为假定设计，所以设计任务中其他项目如：厂区或厂址、主要技术经济指标、原料供应来源以及燃料种类、水电汽的主要来源，与其他工业企业的关系，建厂期限、设计单位、设计进度及设计阶段的规定等均从略。
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。
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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班级、学号指导教师姓名设计时间2013年6月27日--2013年7月5日课程设计成绩（五级分制）：设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力及设计过程表现，20%设计答辩及回答问题情况，10%设计最终成绩（百分制）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： 柠檬酸 离子交换树脂 正丁醇、水恒沸物 水正丁醇 正丁醇 水水产品活性炭2.8基础数据年产量600吨TBC ，质量分数97%，年工作日280天。