年产500吨乙酰柠檬酸三丁酯合成工艺设计

1、化工设计概论-课程设计论文（设计）题目：年产500吨乙酰柠檬酸三丁酯合成工艺设计学 号： 姓 名： 班 级： 化工 072 本 专 业： 化学工程与工艺 2011年 06 月 08 日23丽水学院化工设计课程论文年产500吨乙酰柠檬酸三丁酯合成工艺设计23【摘要】本设计是以柠檬酸、正丁酵、醋酸酐为原料，浓硫酸为催化剂的年产500吨无毒增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯的工艺设计。本文介绍了乙酰柠檬酸三丁酯的性质和用途，展望了应用前景，综合比较了乙酰柠檬酸三丁酯中酯化反应和乙酰化反应催化剂的最新研究进展，在综合考虑了产品收率、工艺成熟程度等因素后，确定了以浓硫酸为催化剂合成乙酰柠檬酸三丁酯。本设计方案乙酰柠

2、檬酸三丁酯的总收率达到了9367，比目前所研究的其它催化剂的总收率都高。【关键词】柠檬酸三丁酯；乙酰柠檬酸三丁酯；工艺；设计。1项目概况乙酰柠檬酸三丁酯产业链结构较为明朗，上游行业主要是柠檬酸与正丁醇以及醋酸酐，柠檬酸与正丁醇以及醋酸酐价格的变动影响到乙酰柠檬酸三丁酯的成本，从而影响到乙酰柠檬酸三丁酯的价格。医疗器械、食品包装等行业属于乙酰柠檬酸三丁酯的下游行业，直接带动了乙酰柠檬酸三丁酯的需求。乙酰柠檬酸三丁酯本身产品也在不断发展，产品不断推陈出新，技术不断进步。柠檬酸与正丁醇以及醋酸酐，柠檬酸价格的波动与乙酰柠檬酸三丁酯的成本，构成联动关系，医疗器械、食品包装等是乙酰柠檬酸三丁酯行业需求的

3、直接动力。1.1乙酰柠檬酸三丁酯的性质乙酰柠檬酸三丁酯(简称ATBC)是一种具有较大发展前途的无毒增塑剂，其合成一般采用柠檬酸先与正丁醇酯化，得到柠檬酸三丁酯(简称TBC)，再同乙酸酐乙酰化而制得。乙酰柠檬酸三丁酯，学名2一乙酰基-1，2，3丙烷三正丁酯，英文名称，Acetyl Tri-n-Butyl Citrate,简称ATBC，分子式C20H34O8，分子量402.472，为无色或微黄色油状液体，相对密度1.046(25)，粘度00427Pas(25)，凝固点-80，沸点173(133.3Pa)、343(101324.72Pa)，闪点(开杯法)20，折射率14408(25.5)，挥发速度O

4、.000009g/(cm2h)(105)，水解速度O.1(100，6h)。在水中的溶解度O002g/100cm3 (25)，溶于多数有机溶剂，与多种纤维素、乙烯基树脂、氯化橡胶等相容，与醋酸纤维素、醋酸丁酯纤维素部分相容。1.2乙酰柠檬酸三丁醑的用处柠檬酸酯类可作为聚合物(如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚异丁烯、聚氨脂等)，共聚物(如：异丁烯一异戊二烯共聚物，丁二烯苯乙烯共聚物等)及各种纤维树脂(如：硝基纤维素，乙基纤维素，醋酸纤维素等)的增塑剂。与其它类型增塑剂相比，它具有相溶性好，挥发性小，抽出率和粘度低，且耐热性、耐寒性、耐旋光性、耐水性优良等特点，其最大优点是无毒、无臭、无锈变作用。例

5、如，作为PVC增塑剂时，用普通方法混合，产品具有良好的透明度和低温性，其它各种性能均比DOP增塑剂有明显改进，因此，它是一类用于食品包装、儿童玩具、医疗用品及其它生活用品的优良无毒增塑剂。美国食品与医药管理局（FDA）认为乙酰柠檬酸三丁酯是最安全的增塑荆之一。早在70年代ATBC就广泛应用于医疗器械上，如聚氯乙烯血液袋、输液管等，后来又常用作制造缓解药片的增塑剂。柠檬酸酯除用作各种树脂的助剂外，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。2乙酰柠檬酸三丁酯生产的目的意义和必要性本设计针对目前国内生产及供需现状，对年产500吨无毒增塑

6、剂乙酰柠檬酸三丁酯项目进行工艺设计。设计中，依据郑州大学乙酰柠檬酸三丁酯小试和放大试验研究结果，参考国内外同类工业生产的工艺现状，将生产过程分为酯化、脱醇、乙酰化、脱酸、中和及分离、水洗及分离、干燥、脱色和过滤等8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、脱醇、乙酰化、脱酸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

7、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

8、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。在管道布置设计时，考虑各设备的相对位置和管道相对位置，对部分楼层的管道进行布置设计。结合该工艺所用物料性质和产品

9、特性，结合工艺过程中所产生的中间物料以及循环水和冷凝水的情况，保证企业安全生产，并尽可能减轻对环境的危害，尽量向绿色合成工艺靠拢。最终对项目的投资与效益进行分析，以确定项目的可行性。本设计工艺与传统生产方法相比，具有下列优点：2.1乙酰柠檬酸三丁酯的传统生产工艺是将精制的柠檬酸三丁酯作为乙酰化的原料经乙酰化反应而制得，该工艺路线与传统工艺路线相比缩短了工艺路线，省去了脱醇前的碱洗、水洗等工序，减少了设备投资和加工费用。2.2该工艺与传统工艺相比，采用纯度较低的柠檬酸三丁酯作为乙酰化的原料，乙酰化过程不需再添加催化剂，即可生产出合格产品，降低了生产成本。2.3该工艺省去了脱醇前的碱洗、水洗等工序

10、，减少的柠檬酸三丁酯的损失，提高了乙酰柠檬酸三丁酯的收率，降低了原料的消耗，并减少了废水的排放，降低了废水处理的难度。3乙酰柠檬酸三丁酯市场预测分析随着生活水平的提高，人们越来越关注食品的安全问题，1999年12月7日，欧盟发布“禁令”，禁止销售供三岁以下儿童使用的、放入口中的含有邻苯二甲酸酯类增塑剂的聚氯乙烯软塑料玩具及儿童用品，且对食品包装带用塑料制品作出了严格规定，传统的增塑剂已无法满足市场要求，因此作为世界公认的安全增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯将有较大的发展空间。目前美国、英国、德国、法国、荷兰、意大利、日本等国都许可乙酰柠檬酸三丁酯增塑的塑料薄膜作为食品包装材料。特别是乙酰柠檬酸三丁酯具有

11、极低的急性毒性(小鼠经口试验高达30g/kg)，良好的热稳定性及机械性能，应用领域十分广阔。4工艺技术方案4.1现有方法目前工业化生产ATBC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ATBC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ATBC存在诸如腐蚀等缺点，但基于上述优势，目前仍广泛应用于ATBC合成工艺中。所以本设计以硫酸作为ATBC合成首选催化剂，同时兼顾未来新型固体酸催化剂的使用。4.2实验室合成方法将一定量的柠檬酸、正丁醇和催化剂加入到5

12、00 mL四口烧瓶中，在油浴中缓慢加热并搅拌使柠檬酸完全溶解于正丁醇后，逐渐增大加热功率，使物料在沸腾状态下反应；用分水器收集被正丁醇带出的水，正丁醇经降温和水分层后返回四口瓶内。反应结束后将回流分水装置改为真字蒸馏装置，蒸出未反应的正丁醇，即得柠檬酸三丁酯粗品，采用气相色谱分析其纯度。在500 mL三口烧瓶中加入一定量的柠檬酸三丁酯粗品和乙酸酐，在一定温度下搅拌反应一定的时间，即可得乙酰柠檬酸三丁酯粗品。减压蒸馏回收乙酰柠檬酸三丁酯粗品中未反应的乙酸酐和副产物乙酸，再经碱洗、水洗、干燥，经活性炭脱色得乙酰柠檬酸三丁酯产品，其中活性炭的加入量为ATBC质量的1。酯化反应与乙酰化反应具体如下：4

13、.2.1实验室合成工艺条件本工作在前期工作的基础上进一步通过单因素实验，考察催化剂的用量、正丁醇与柠檬酸的物质的量比、乙酸酐与柠檬酸三丁酯的物质的量比、反应温度及反应时问对ATBC的影响，得到TBC合成的适宜条件如下：催化剂用量为柠檬酸质量的1.5，正丁醇与柠檬酸物质的量比4.5：1，反应温度100130，反应时间5.0 h；适宜的乙酰化工艺条件为乙酸酐与TBC的物质的量比为1.4：1，反应温度为80，反应时间1.5 h，得到的TBC无须经碱洗、水洗、干燥和脱色等后处理精制过程，直接用于ATBC合成(此时系统中催化剂的量约占TBC质量的O.8，全由酯化过程带入)。为了验证以上适宜工艺条件的可靠

14、性，将反应器容积放大到2000mL，进行5次放大实验，TBC和ATBC的产率均保持在99以上，说明所确定的合成工艺条件是可靠的。4.2.2酯化温度对TBC和ATBC合成的影响反应温度是影响TBC质量的一个关键因索,受反应物正丁醇沸点的制约，反应温度随着反应的进行只能控制存100160，所以在其他合成工艺条件与4.2.1中相同的条件下，考察了酯化反应过程中的最高反应温度对合成TBC和ATBC的影响，结果见表2。可以看出，酯化温度较低时(120)，TBC的收率及含量均较低,乙酰化得到的ATBC含量也较低，这可能与温度较低时酯化反应完全有关。酯化温度较高(140160)时，TBC产率变化不大，但其含

15、量却随酯化温度的提高而逐渐降低，对应乙酰化后得到的ATBC含量也逐渐降低，ATBC色号明显上升，即随酯化温度的提高，中间产品TBC及产品ATBC的质量均逐渐劣化。由于表2中ATBC的合成与后处理条件均相同，因此，TBC和ATBC的质量劣化可能与较高酯化温度时所发生的副反应有关。图2进一步给出了酯化温度分别为130和150时TBC的色谱 ，其中1号峰为正丁醇峰，2号峰为TBC峰，其余为杂质或副反应产物峰。由图可知，酯化温度较高时， 出现明显的副反应产物峰(见图2b中3号峰，保留时间约为10.2min，可视为高沸点副产物)。这是由于系统中的醇在酸性催化剂作用下脱水生成烯烃，或酯及单酯在较高温度下受

16、热水解产生的烯烃发生聚合反应。结合表2数据可知，酯化温度所生成的高沸点副产物是造成中问产品TBC质觉劣化进而造成产品ATBC质量劣化的主要原因之一。由表2和图2还可以看出，酯化温度为13O时，TBC产率及含量均最高，基本无高沸点副产物生成，相应乙酰化得到的ATBC产率和含量最高，产品ATBC的色号为3O左右，质量优于美国Morflex Chemieal Co标准要求。因此酯化温度为130较合适。4.2.3脱醇工艺条件对TBC和产品ATBC质量的影响由于TBC中残留的正丁醇将与乙酸酐反应生成乙酸丁酯，既耗费原料又降低ATBC纯度，而且脱醇条件控制不当时所发生的副反应也将影响TBC质量进而影响AT

17、BC的质量。考虑到未来工业化的需要和实验装置的具体条件，本实验脱醇最高真空度为1.01 x 103 Pa(绝压)，考察脱醇温度和时间对反应的影响，结果见表3和表4。由表3可知：脱醇温度较低(115120)时，色泽较好，但正丁醇残留量较高，乙酰化得到的产品ATBC的纯度明显较低，显然是由于脱醇不彻底造成的；脱醇温度高于125(125135)时，正丁醇残留量反而随脱醇温度的升高而逐渐升高。这是造成TBC纯度降低进而造成ATBC纯度降低的原因之一。另外，由表3还可以看出，产品ATBC的色号随脱醇温度的升高而迅速上升，从l35脱醇后的TBC色谱图看(与图2b基木相同，可参见图2)出现明显副产物峰，且该

18、副产物峰的保留时间与图2b中3号峰相同，应为同一种副反应产物。显然，过高脱醇温度所导致的副反应是造成TBC纯度降低、质量劣化的又一原因，进而也是造成ATBC纯度降低和色号上升的重要原因。综上所述，脱醇温度在125时，脱醇效果较好，脱醇后TBC纯度及乙酰化后得到的ATBC纯度均较高，产品色号也较小，是较合适的脱醇温度。由表4可知，TBC中正丁醇残留量随脱醇时问的增加先增加后下降，在20 min时达到最低，此时TBC纯度及乙酰化后所得产品ATBC的纯度达到最高，而ATBC的色泽基本不随脱醇时间而变化。因此，脱醇时间为20min较合适。4.3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

19、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。脱醇后的柠檬酸三丁酯与质量分数为98的醋酸酐按摩尔比划l：1.5的比例分别加入酰化釜中，在酰化釜夹套通入低压蒸气，加热到85，并控制反应温度在85左右进行乙酰化反应。产生的气相经乙酰化冷凝器降温后回流到乙酰化釜，分离出的醋酸酐进入醋酸酐回收罐。酯化后的物料通过脱酸塔在绝压2666Pa下进行精馏操作，分离出的醋酸酐循环使用。

20、经过脱酸后的物料中仍含有少量的醋酸酐、醋酸以及浓硫酸，使物料呈酸性，在中和釜内加入W（碳酸钠）=5的溶液中和残余的酸性物质，并将中和后的物料送至静置釜内以除去大量的水及生成的盐(ATBC在水中溶解度极小)。为尽可能除去中和生成的盐，将中和后的物料送入水洗釜，用物料量1.2倍的水分三次洗涤，水洗后的物料送入水洗静置釜，分离出废水和盐分后，再次进入水洗釜水洗，反复三次，随后将ATBC送入干燥塔脱去残余的微量水分，干燥后的产品经脱色釜用活性炭脱去其中大部分杂质后，经过滤机除去活性炭，即可得成品ATBC。合成乙酰柠檬酸三丁酯的工艺流程框图如图2一l所示。4.4物料衡算结合化工企业生产特点，选择一个班产

21、(8小时)为计算基准。4.4.1各操作单元每班所得ATBC的质量根据物料衡算，由各单元收率得 产品ATBC量500 x 103/(300 x 3)=555.56kg产品中纯ATBC的量 555.56 x 98.5%=547.23kg 脱色及过滤过程547.23/0.995=549.98kg 干燥过程549.98/0.995=552.74kg 水洗及分离过程552.74/0.99=558.32kg 中和及分离过程558.32/0.98=569.71kg 脱酸过程569.71/0.995=572.57kg 乙酰化过程572.57/0.99=578.35kg4.4.2乙酰化过程的主要物料量乙酰化过程

22、如图22所示。乙酰化反应如下：由乙酰柠檬酸三丁酯的质量经物料衡算得，理论上消耗柠檬酸三丁酯517.94kg，理论上消耗醋酸酐146.70kg，理论上生成醋酸86.29kg。实际需加入纯柠檬酸三丁酯523.17kg，加入醋酸酐220.05kg。4.4.3由TBC质量计算脱醇过程及酯化过程所生成TBC质量脱醇过程523.17/0.995=525.80kg酯化过程生成TBC质量525.80/0.995=528.44kg4.5各操作单元物料平衡4.5.1酯化过程酯化过程如图2-3所示。酯化反应如下：由柠檬酸三丁酯的质量经物料衡算得，理论上消耗柠檬酸281.68kg，消耗正丁醇326.00kg，生成水7

23、9.24kg。实际需加入90柠檬酸31456kg，加入98正丁醇668.65kg，加入98浓硫酸2.20kg。酯化反应后剩余柠檬酸1.42kg，正丁醇329.28kg，水124.11kg,硫酸2.16kg,杂质2.63kg。4.5.2脱醇过程脱醇过程如图2-4所示。假设脱醇时，硫酸、柠檬酸不会从塔顶蒸出，设脱醇塔釜杂质(相对于塔釜物料)质量分数为O.5，水和正丁醇均可从塔顶全部蒸出，塔顶蒸出的水和正丁醇分为两部分，一部分为水与正丁醇组成的含正丁醇7.7(质量)的恒沸混合物，另一部分为含水2(质量)的正丁醇。经物料衡算得，塔顶回收质量分数为98正丁醇325.96kg，实际一班需消耗正丁醇342.

24、69kg。4.5.3乙酰化过程硫酸加入量O.3(质量，相对于TBC)，硫酸需要量523.17 x 0.003=1.57kg，进入物料中硫酸2.16kg，已满足要求，不需要再补加。由4.4.2知加入98醋酸酐224.5kg，乙酰化反应后剩余醋酸酐73.35kg，物料中残余TBC5.23kg，生成杂质5.78kg。出酰化釜时柠檬酸、硫酸量不变。4.5.4脱酸过程脱酸过程中，醋酸、杂质可全部从塔顶分离出来，而TBC、ATBC、柠檬酸、硫酸则全部留在塔釜。设塔釜中醋酸酐质量分数为1，则随塔釜出料带出醋酸酐5.87kg，塔顶带出醋酸酐84.91kg。塔顶物料分为两部分，一部分为含醋酸的2醋酸酐，另一部分

25、为醋酸，其中回收98的醋酸酐86.64kg，实际上每班需消耗98醋酸酐137.90kg，回收醋酸71.62kg。4.5.5中和过程进入中和釜的酸性物料有：硫酸2.16kg，醋酸酐5.87kg，柠檬酸1.42kg。由物料衡算知，酸性物质理论上消耗碳酸钠9.6lkg，则实际上需加入碳酸钠48.05kg，加入水912.95kg。中和后剩余碳酸钠38.44kg，中和反应后水的质量为913.55kg，生成二氧化碳3.99kg，中和过程进入碳酸钠溶液中ATBC质量为11.39kg，中和后TBC全部进入到ATBC中，即油相中TBC为5.23kg。设ATBC中碳酸钠质量分数为2(质量，以ATBC计)，水的质量

26、分数为3(质量，以ATBC计)，则ATBC油相中碳酸钠11.17kg，水16.75kg。水相中碳酸钠27.27kg，水896.80kg。4.5.6水洗过程计算依据：用质量比1:1.2的水洗三次，乙酰柠檬酸三丁酯收率99.0。每次洗涤用水量713.20kg，每班洗涤水用量2139.60kg，进入洗涤水中ATBC5.58kg。水洗后碳酸钠完全进入水相，即进入水相碳酸钠11.17kg，水洗后进入油相中水量为3(质量，以ATBC计)，则进入油相水量为16.58kg。4.5.7干燥过程计算依据：乙酰柠檬酸三丁酯收率99.5%。干燥过程随水带出ATBC2.76kg，设干燥产品中含水量0.2%（质量%，以A

27、TBC计），进入产品中水量为1.10kg，蒸发掉水分15.47kg。4.5.8脱色过程计算依据：乙酰柠檬酸三丁酯收率995。脱色釜内加入活性炭的质量为进料量的5，则加入脱色釜内活性炭28.87kg，可循环使用。脱色后进入活性炭中的乙酰柠檬酸三丁酯2.75kg。过滤后得产品乙酰柠檬酸三丁酯547.23kg，产品乙酰柠檬酸三丁酯555.56kg。废渣滤饼32.49kg，其中：活性炭28.87kg，乙酰柠檬酸三丁酯2.75kg，其他杂质：0.87kg。4.5.9总物料平衡以一班为计算基准。则物料平衡总表见表2-8。4.6热量衡算4.6.1所用常数 K不锈钢=1464.4KJ/(h.m2.) 不锈钢的

28、传热系数 K搪玻璃=895.376 KJ/(h.m2.) 搪玻璃的传热系数 =3.556 KJ/(h.m2.) 搪玻璃导热系数 b=1.5mm 搪玻璃壁厚热损失取5%设计传热面积/计算传热面积=1.15反应热数据：H酯化反应=77.822kJ/molH乙酰化反应=69.329kJ/mol计算所用物质的恒压热容CP及汽化潜热H值热量衡算中所用物料在不同温度下的恒压热容。值见表29，不同物质的汽化潜热见表2一lO。4.6.2酯化釜每釜物料柠檬酸：283.10kg 正丁醇：65528kg其它(以水计)：47.03kg升温假设物料由室温(20)在1h内升至92.6，物料所含水在1h(92.6)完全蒸发

29、。然后在92.6下反应4h。用150的蒸汽加热。第一阶段：升温吸热温度由20升至92.6，平均温度取56.3。式中：t温度差，；Cpt-对应物质的恒压热容，J/(mol)；ni一对应物质的物质的量，mol。Q1=(92.6-20)x(376.56x283.10/192.124+192.280x655.28/74.12+75.312x47.03/18.016)=1779708kJ/h加上5热损失，取Q1=272483kJ/h。第二阶段：蒸发吸热物料中47.03kg的水全部汽化，以共沸物组成正丁醇质量分数57.6计，正丁醇汽化量为47.03/(1-0.576)-47.03=63.89kg则：Q2=

30、HiNi式中： Hi对应物质的汽化热，KJ/mol。Q2=45433x63.89/74.12+41158x47.03/18.016=146604KJ/h加上5热损失，取Q2=153934KJ/h。第三阶段：反应过程吸热(4小时)反应生成水79.24kg/班，假设生成水完全汽化，上升气相中含70的正丁醇,即184.89kg/h。酯化釜传热面积估算(材质为搪瓷) Q=K.A. t式中： K搪瓷的传热系数，kJ/(hm)； Q取Q1、Q2、Q3中的最大值，即Q=272483KJ/h。平均温差的t计算式中： t平均温差，； t1、t2分别为换热器进、出口温差。由式（2-5）得A=186869/(895

31、.376x88.81)=2.35m2取A=1.15A=1.15x2.35=2.70m2酯化釜加热所需蒸汽量 Q总=Q1+Q2+Q3=186869+153934+352217=693020KJW=693020/38169x18.016=327.11kg蒸汽最大流量由Q1计算，则W1=Q1/H=186869/38169x18.016=88.20kg/h4.6.3脱醇釜脱醇以4小时计，将水和正丁醇全部按正丁醇计算，则正丁醇量为407.70kg，平均每小时407.70/4=10193kg/h，取回流比为1.5，则上升汽量为正丁醇的2.5倍，即101.932.5=254.83kg/h其余按柠檬酸三丁酯计

32、算为：532.02kg，脱醇为减压操作，绝压2666Pa，正丁醇沸点42。4.6.4乙酰化釜物料量(每釜)柠檬酸三丁酯：523.17kg其余按醋酸计算为：230.78kg升温假设:物料由室温(15)在1小时内升至85，然后在85下反应3小时，反应过程有50的醋酸汽化。4.6.5脱酸塔釜物料量醋酸：90.78kg 醋酸酐：73.35kg其余按乙酰柠檬酸三丁酯计算为：589.82kg设升温时间为1小时，操作时间为4小时，回流比为1.5，则上升的气体中：醋酸酐为：73.35/4x2.5=45.84kg/h醋酸为：90.73/4x2.5=56.71kg/h脱醋酸为减压操作，绝压2666Pa，此条件下醋

33、酸酐的沸点为47，醋酸的沸点为29，取其平均值38作为计算依据。4.6.6热量衡算结果汇总热量衡算结果汇总见下表。5建厂条件、地址以及初步建厂方案5.1建厂条件原料正丁醇有一定毒性，且易挥发并易燃，应密闭低温储存，操作过程中避免进入口中。硫酸有很强腐蚀性，应避免与人体接触，并配备必要的劳保用品，储存时应采取可靠的措施防止泄漏。醋酸酐具有很强的挥发性和腐蚀性，对人体有较强毒性，在贮存和使用过程中为避免发生泄漏、爆炸事故，应注意密闭，并配备必需的劳动防护用品。在整个工艺设计中，涉及到易燃、易爆物质的各个设备，均安装阻火器，防止明火进入设备内部，产生爆炸。5.2建厂地址浙江省丽水市水阁工业园区5.3

34、初步建厂方案在进行平面布置时，将泵集中布置在一层基础上，减轻对其余楼层的振动。板框式压滤机、各种大型贮罐也布置在一层，减轻楼层的负荷；在进行蒸馏分离时，采用了真空精馏，此时用到真空泵，将真空泵统一布置在真空泵房，周围进行隔离，减轻噪声污染；反应釜用罐耳悬挂在楼板的设备预留孔中；三楼平面主要设计了回流罐、换热器等设备，减少人员来回上下操作的麻烦。对用量较大的物料如正丁醇、醋酸酐等储罐和产品ATBC布置在便于运输的主要通道旁，使这些物料容易进出。若未来改用固体酸催化剂，只需在酯化和乙酰化釜出料位置设置一固液分离装置即可满足工艺要求。在平面布置时除考虑生产用房的布置外，还兼顾了辅助用房和生活用房的布

35、置设计，如控制室、配电室、更衣室、分析室均布置在厂房内，使操作控制、原料及产品分析和生活方便。5.3.1生产厂房建筑面积800m2，每m2按600元估算，需投资约48万元。5.3.2库房建筑面积150m2，每m2按500元估算，需投资约75万元。5.3.3辅助建筑150m2，包括化验室、办公室等。每m2按500元估算，需投资约75万元。6环境保护该产品在生产过程中三废情况如下，经简单处理可达排放标准。废水I：吨产品排放量：160kg；年排放量：80t，其中含正丁醇2。对该部分废水须经汽提回收其中的大部分正丁醇后与废水II混合经生化处理排放。废水II：吨产品排放量：6t；年排放量：3000t。其

36、中含醋酸钠5，硫酸钠1，柠檬酸钠1，柠檬酸三丁酯0.5，乙酰柠檬酸三丁酯1，经回收其中的有机物后与废水I混合经生化处理后排放。废渣：吨产品排放量约100kg；年排放量50T，其中含柠檬酸三丁酯l0。乙酰柠檬酸三丁酯20，其余为活性炭，用焚烧炉焚烧处理。7项目投资估算和经济效益分析7.1原料消耗定额7.1.1 90柠檬酸 314.56x1000/555.55=566.21kg/t7.1.2 98正丁醇 342.69x1000/555.55=616.85kg/t7.1.3 醋酸酐 137.90x1000/555.55=248.22kg/t7.1.4 98%硫酸 2.20x1000/555.55=3

37、.96kg/t7.1.5 碳酸钠 48.05x1000/555.55=86.49kg/t7.1.6 活性炭 28.27x1000/555.55=50.89kg/t7.2 车间定员及附属设施7.2.1车间定员：采用四班三运转制，每班8小时，每班操作人员9人，分析人员1人，四班40人；管理人员4人；其他人员5人，共需约50人。7.2.2考虑泵、釜式反应器搅拌桨、锅炉鼓风机、照明、真空泵、压滤机所消耗电能，选择电力负荷200KVA。7.2.3水用量100m3/h循环利用。7.3投资估算7.3.1设备投资估算合计设备投资约80万元。7.3.2公用工程包括水、电、汽的供应等基础公用工程等项。其中最大蒸气

38、用量240.6kg/h,采用1吨锅炉即可满足要求，循环水最大流量3892.01kg/h,冷冻水最大流量6121kg/h。冷冻水需由冰机岗位提供冷量以满足生产需求，其中锅炉约需10万元，冰机系统约需5万元，配电设施约需10万元。公用工程合计约需25万元。7.3.3安装费安装费用包括管道费用、阀门费费用、仪表费用及设备安装等费用，其中管道和阀门费用约需15万元，设备安装及管道等的安装约需5万元，合计约需20万元。7.3.4化验设备及仪器化验设备需气相色谱1台，约需12万元，计算机1台，约需05万元，其他化验仪器设备约需1-3万元，合计约需3万元。7.3.5项目合计固定资产投资19l万元+流动资金1

39、00万元=291万元。7.4经济效益分析7.4.1销售收入目前该产品国内售价21000元/吨，则年销售收入为1050万，成本为14000元/T,即700万元，工商税按增值税计算，增值税=(销售收入-年可变成本)x17%/(1+17%)=(1050-521.7)x17%/(1+17%)=76.76万元/年。城建税=76767=537万元教育附加税=76763=230万元年税收总额=7676+537+230=8443万元则年销售利润为： 1050-700-8443=26557万元。7.4.2经济指标投资利润率=利润/投资额=26557/291=91成本利润率=26557/700=3794投资回收期=191/26557=072年8结论通过对乙酰柠檬酸三丁酯性质、用途及应用前景的分析，看到了无毒增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯的发展前景。综合比较目前国内外研究乙酰柠檬酸三丁酯的各种方法，在考虑了工艺成熟程度、产品收率、环境保护与安全生产等因素的基础上，确定了以浓硫酸为酯化和乙酰化催化剂的工艺设计。在考虑设计方案时，考虑到中小企业的需要，确定了年产500吨的设计规模，具有投资少、见效快的优点。而且在设