对羟基苯甲酸乙酯工艺设计说明书

<课程设计> 对羟基苯甲酸乙酯设计 学生姓名：    冯会芳        专    业：  应用化工技术    班    级：      Z1005        学    号：    1541100513    完成日期：    2012.7.14    化工与学院高职部 对羟基苯甲酸乙酯工艺设计说明书            简介： 对羟基苯甲酸酯又名尼泊金酯,常温条件下为无色晶体或结晶性粉末，包括了其甲酯、乙酯、丙酯、异丙酯、丁酯、异丁酯、戊酯、庚酯、辛酯等,通常来说，随着其烷基碳链的增大，其毒性降低，抗菌作用增强。羟基苯甲酸酯水溶性较差，可以通过合成其钠盐来提高其水溶性。我国2002年3月已经批准对羟基苯甲酸甲酯钠、对羟基苯甲酸乙酯钠和对羟基苯甲酸丙酯钠作为食品防腐剂使用。美国、欧盟、加拿大、日本、韩国、澳大利亚等国家也都先后批准对羟基苯甲酸酯钠应用于食品，涉及肉制品、乳制品、水产品、调味品、腌制品、饮料、糖果、啤酒等诸多食品。 一、课程设计的内容 主要内容为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、文献查询方向及范围 1．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。 2．主要参考文献 [1] 王明新,宋溪明,常晓红,孔玉梅.对羟基苯甲酸乙酯合成新[J].辽宁大学学报,2000. [2] 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. [3] 宋启煌主编.精细化工工艺学[M].北京:化学工业出版社,2003. [4] 宋航,付超主编.化工技术经济[M].北京:化学工业出版社,2008. [5] HUDDLESTON J G, VISER A E, REICHERT W M. Characterization and comparison of hydrophilic and hydrophobic room temperature ionic liquids incorporating the imidazolium cation [J]. Green Chem, 2001, 3: 156-164. 目    录 1 前言……….…………………………………………..…………………………….1 1.1性质及用途…………………………………...………….……….………1 1.2 产品特性….......... ..............................…….………………1 1.3 产品工艺介绍................…………….…....……..……………1 1.3.1固体超强酸催化........................………………….…....…………...2 1.3.2 杂多酸催化......................……..….………….……………..….…….2 1.3.3 硫酸铁铵催化.................……..….…………………………………..2 1.3.4 离子液体催化......................……..….……………………....……….2 1.3.5 无机酸盐及氧化物催化……………………………………………..2 1.4 实验所需原料及实验仪器.............................................................................4 1.4.1原料.......................................................................................................4 1.4.2实验仪器...............................................................................................4 2 工艺设计...................................……………….…..….……………………..4 2.1 工艺路线设计……………………………………………………………..4 2.2 生产工艺…………………………….………...…………………………..4 2.2.1 工艺流程图…………….……………………………………………..8 2.2.2 生产操作..…………..……………………….……………………….4 3 可行性分析…………………………………………………………………………5 3.1工艺可行性分析……………………………………………………………..5 3.2经济效益可行性分析………………………………………………………..5 4结论......................………….………….………………..….……...…..….………...6 4.1对羟基苯甲酸乙酯的防腐优势……………………………………………..6 4.2对羟基苯甲酸乙酯的优点………………………………………..…………6 参考文献......................…………….…………………………………...….………...7 附录......................…………………..…….. . .….. .…...………………….…………..8 1 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晶粉末，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： 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[2]。 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[2]。如FeCl3·6H2O。 (1)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[4]。 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(%) 1 1:1.0 1:0.12 3 51.2 2 1:1.5 1:0.12 3 62.3 3 1:2.0 1:0.12 3 75.4 4 1:2.5 1:0.12 3 76.9 5 1:3.0 1:0.12 3 77.1           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。 (2)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[4],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(%) 6 1:2.0 1:0.04 3 52.1 7 1:2.0 1:0.08 3 63.4 8 1:2.0 1:0.12 3 75.8 9 1:2.0 1:0.16 3 75.1 10 1:2.0 1:0.20 3 74.6           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。