【正文】 南京工業(yè)大學 化學化工 學院 《化工過程與工藝設(shè)計》 設(shè)計題目 酯化法生產(chǎn)檸檬酸三丁酯的工藝設(shè)計 學生姓名 莊永祥 班級、學號 J1001100633 指導教師姓名 周浩力 設(shè)計時間 2021 年 6 月 27 日 2021 年 7 月 5 日 課程設(shè)計成績 （五級分制） ： 設(shè)計說明書、計算書及設(shè)計圖紙質(zhì)量， 70% 獨立工作能力、綜合能力及 設(shè)計過程表現(xiàn)， 20% 設(shè)計答辯及回答問題情況， 10% 設(shè)計最終成績 （百分制） 指導教師簽字 前言 在塑料制品大行其道的今天，塑化劑超標風險可謂無處不在。塑化劑或稱增塑劑，是一種增加材料柔軟性或是使材料液化的添加劑，種類多達百余種。近年來 ,隨著食品、藥品等工業(yè)的發(fā)展 , 人們在對增塑劑的需求與日俱增同時 , 對增塑劑的衛(wèi)生也越來越關(guān)心。目前 , 工業(yè)上常用的增塑劑是鄰苯二甲酸酯類 , 但已有大量研究發(fā)現(xiàn) , 此類增塑劑有可能致癌 , 許多國家已嚴格控制其在食 品包裝材料、 醫(yī)療器械及兒童玩具等產(chǎn)品中的使用。研究開發(fā)新型、綠色增塑劑已經(jīng)成為當務(wù)之急 。 檸檬酸三丁酯就是一種新型的良好的無毒增塑劑 , 因其具有相溶性好、增塑效率高、不易揮發(fā)、無毒、無氣味、耐寒性強等特點而倍受關(guān)注。因此，近年來 ,檸檬酸三丁酯的合成研究較為活躍。 本設(shè)計針對目前國內(nèi)生產(chǎn)及供需現(xiàn)狀，對年產(chǎn) 800噸無毒增塑劑檸檬酸三丁酯項目進行工藝設(shè)計。設(shè)計中，參考同類工業(yè)生產(chǎn)的工藝現(xiàn)狀，將生產(chǎn)過程分為酯化、脫醇，水洗及分離，干燥，脫色和過濾等 5個操作單元。通過進行物料衡算，確定每個操作單元進出物料量，并由此 確定消耗定額，同時為熱量衡算、設(shè)備選擇、平面布置設(shè)計、管道設(shè)計、設(shè)備投資奠定基礎(chǔ)。對該工藝中所涉及到的各換熱過程如酯化等操作單元的加熱釜、冷凝器等設(shè)備均進行熱量衡算，確定各換熱器的傳熱面積、加熱過程所用加熱蒸氣量和最大加熱蒸氣量、冷卻過程冷卻水消耗量和最大消耗量，為各換熱設(shè)備的選擇和公用工程中涉及到的加熱蒸氣、冷卻水的供應(yīng)提供了依據(jù)。也為設(shè)備平面布置設(shè)計、管道設(shè)計和經(jīng)濟核算提供必要的數(shù)據(jù)。 結(jié)合對各個單元所進行的物料衡算和熱量衡算，根據(jù)各操作單元所涉及的物料性質(zhì)，對該工藝中所涉及到的設(shè)備進行了選擇，其中的定 型設(shè)備根據(jù)《化工工藝設(shè)計手冊》進行選擇，非定型設(shè)備如蒸餾塔則根據(jù)進入蒸餾物料量進行必要計算，確定各塔所需理論板數(shù)，根據(jù)所選填料特性確定所需填料層高度，最終確定各設(shè)備的材質(zhì)和規(guī)格。各個設(shè)備的選擇為平面布置設(shè)計、管道布置設(shè)計及經(jīng)濟核算提供更為充分的依據(jù)。對該工藝中所涉及的酯化反應(yīng)和乙?；磻?yīng)及脫醇、脫酸、干燥等精餾過程，根據(jù)各操作設(shè)備的溫度和壓力，在綜合考慮經(jīng)濟因素和操作因素的基礎(chǔ)上，對所用的溫度和壓力測量儀表進行選型，為整個生產(chǎn)工藝的正常操作控制提供依據(jù)。 在前述工作的基礎(chǔ)上，進行工藝流程設(shè)計，在設(shè)計時首先考 慮工藝的優(yōu)化組合，合理布置各設(shè)備的位置，充分考慮各工藝管道所輸送物料的性質(zhì)選擇適當材質(zhì)，綜合考慮管道投資和輸送動力消耗選擇合適的管徑，以達到最佳效益。在工藝流程設(shè)計和設(shè)備選擇的基礎(chǔ)上進行平面布置設(shè)計，對于振動設(shè)備布置在一樓基礎(chǔ)上，各儲罐相對集中布置在罐區(qū)，對用量較大的物料和最終的產(chǎn)品貯罐盡可能靠近道路，對回流物質(zhì)料罐盡可能布置在相對較高的位置，利用位能，以達到優(yōu)化的目標。 第一部分 設(shè)計說明書 第一 概述 TBC概述 檸檬酸和過量正丁醇在催化劑和脫色劑存在下發(fā)生酯化反應(yīng)，生成檸檬酸三 正丁酯和水，經(jīng)分水器分離過量醇和水，中和，再經(jīng)減壓和汽提進一步脫醇，達到閃點指標，脫色，過濾脫去機械雜質(zhì)，計量、包裝，即為成品 TBC。在這其中酯化反應(yīng)是整個工藝的關(guān)鍵。酯化反應(yīng)催化劑一般都是具有強酸性的物質(zhì)，如強質(zhì)子酸、超強酸、雜多酸等，篩選出適合催化劑用于該酯化反應(yīng)。 目前國內(nèi)外研究熱點主要集中在酯化反應(yīng)新催化劑的開發(fā)上，尋找高活性，高選擇性，制備工藝簡單，經(jīng)濟實用，對環(huán)境友好的新型催化劑成為國內(nèi)外學者的研究方向。 ， TBC的優(yōu)點 檸檬酸三丁酯是一種綠色環(huán)保的新型增塑劑，已成為傳統(tǒng)增 塑劑鄰苯二甲酸二辛酯 (DOP)的綠色替代品，受到了人們廣泛關(guān)注。其主要特點在于：(1)無毒無味、綠色環(huán)保； (2)耐光、耐熱、穩(wěn)定性好、經(jīng)久耐用； (3)與聚合物及樹脂的相容性極好。 可廣泛用于食品包裝、醫(yī)療器具、兒童玩具以及個人衛(wèi)生等各種橡塑制品。 第二 設(shè)計說明書 檸檬酸性質(zhì) 檸檬酸是一種重要的有機酸，又名 枸櫞酸 ，無色晶體，常含一分子結(jié)晶水，無臭，有很強的酸味，易溶 于水。其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解，此性質(zhì)常用來鑒定和分離檸檬酸。結(jié)晶時控制適宜的溫度可獲得無水檸檬酸。在工業(yè)，食品業(yè)，化妝業(yè)等具有極多的用途 。結(jié)構(gòu)式如下： 中文名稱： 檸檬酸 英文名稱： Citric Acid 化學名稱： 2羥基丙烷 1,2,3三羧酸 CAS： 77929 分子式 ： C6H8O7 分子量 ： 外觀 與 性狀 ：白色結(jié)晶 粉末 ，無臭。 熔點 （ ℃ ）： 153℃ 沸點 （ ℃ ）： （ 175℃ 分解 ) 相對密度 （水 =1）： 閃點 （ ℃ ）： 100 溶解性 :溶于 水 、 乙醇 、 丙酮 ，不溶于 乙醚 、 苯 ，微溶于氯仿。水溶液顯 酸性 。 物理性質(zhì)： 在室溫下，檸檬酸為無色半透明 晶體 或白色顆?；虬咨Y(jié)晶性粉末，無臭、味極酸，在潮濕的 空氣 中微有 潮解性 。它可以以無水合物或者一水合物的形式存在：檸檬酸從熱水中結(jié)晶時，生成無水合物；在冷水中結(jié)晶則生成一水合物。加熱到 78 ℃ 時一水合物會分解得到無水合物。在 15 攝氏度時，檸檬酸也可在 無水乙醇 中溶解。檸檬酸結(jié)晶形態(tài)因結(jié)晶條件不同而不同，有無水檸檬酸C6H8O7 也有含結(jié)晶水的檸檬酸 、 或 。 化學性質(zhì)： 從結(jié)構(gòu)上講檸檬酸是一種三 羧酸 類 化合物 ，并因此而與其他羧酸有相似的物理 和 化學性質(zhì) 。加熱至 175 ℃ 時它會分解產(chǎn)生 二氧化碳 和水，剩余一些白色晶體。檸檬酸是一種較強的 有機酸 ，有 3個 H+可以 電離 ； 加熱可以分解成多種產(chǎn)物，與酸、 堿 、 甘油 等發(fā)生反應(yīng)。 正丁醇性質(zhì) 中文名稱： 正 丁醇 中文別名 酪醇 。 丙原醇 。 丁醇 。 分子式 : C4H10O； CH3(CH2)3OH CAS編號： 71363 分子量 : 熔 點： ℃ 沸點 ： 相對密度 : d(20,4)=； 蒸汽壓 : ℃ 溶解性 : 微溶于水，溶于 乙醇 、醚等多數(shù)有機 溶劑 外觀與性狀： 無色透明液體，具有 特殊氣味 主要用途 正丁醇主要用于制造鄰苯二甲酸、脂肪族二元酸及磷酸的正丁酯類增塑劑，它們廣泛用于各種塑料和橡膠制品中，也是有機合成中制丁醛、丁酸、丁胺和乳酸丁酯等的原料。還是油脂、藥物（如抗生素、激素和維生素）和香料的萃取劑，醇酸樹脂涂料的添加劑等，又可用作有機染料和印刷油墨的溶劑，脫蠟劑。儲存注意事項：正丁醇應(yīng)儲存