无毒增塑剂柠檬酸三丁酯的工艺优化研究

论文摘要

近年来,由于常用增塑剂邻苯二甲酸双酯(DEHP)的挥发性、迁移性和毒性都很大,发达国家已禁止将其用于食品包装、化妆品、卫生用品和玩具等,而推广使用柠檬酸三丁酯(TBC),它无毒、耐光、耐热、稳定性好、经久耐用,是一种无毒无味、绿色环保的塑料增塑剂,在工业上可广泛应用于食品包装塑料、化妆品与儿童玩具等领域。工业上生产柠檬酸三丁酯的传统工艺一般是由柠檬酸和正丁醇在浓硫酸为催化剂的作用下酯化合成制得。它存在以下几个缺点:(1)生产周期长,转化率低;(2)反应产物的后处理工艺复杂,产生三废,产品流失;(3)硫酸严重腐蚀设备,增加生产成本。因此,有必要对现有生产工艺进行改进以解决这些问题。本文对柠檬酸三丁酯的酯化工艺进行了优化,确定的最优工艺条件为:(1)反应原料柠檬酸与正丁醇的摩尔比为1:4.5;(2)酯化温度120℃;(3)酯化时间4.5小时;(4)催化剂的选择及用量:PW(40)/MCM,占柠檬酸质量的2%;(5)中和碳酸钠溶液的浓度3%;(6)减压蒸馏的温度低于140℃;(7)脱色用活性碳用量0.3%。在实验室实验的基础上,我们进行了放大实验和工业化试生产。结果表明:小试实验条件可靠,在最佳工艺条件下柠檬酸三丁酯的最高收率达到97.0%,质量满足国标及客户要求。此外,我们还根据小试数据对生产工艺中的主要设备进行了设计。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 柠檬酸三丁酯的性质及其主要用途
• 1.2.1 柠檬酸三丁酯的性质
• 1.2.2 柠檬酸三丁酯的主要用途
• 1.3 柠檬酸三丁酯的制备
• 1.3.1 柠檬酸三丁酯的制备方法
• 1.3.2 国内生产柠檬酸三丁酯的传统工艺
• 1.3.3 柠檬酸三丁酯生产工艺研究的最新进展
• 1.4 本课题研究的目的、意义及方法
• 第二章 柠檬酸三丁酯工艺可行性研究
• 2.1 材料和试剂
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 主要仪器设备
• 2.2 原理及意义
• 2.2.1 反应原理
• 2.2.2 影响反应的主要因素
• 2.2.3 工艺流程
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 酯化反应
• 2.3.2 中和水洗
• 2.3.3 醇水分离及脱色
• 2.3.4 过滤
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 产品质量分析方法
• 2.4.2 原料检验
• 2.4.3 柠檬酸三丁酯酯化率的计算
• 2.4.4 收率的计算
• 2.4.4 产品质量分析方法
• 2.4.5 鉴别
• 2.4.6 柠檬酸三丁酯含量的测定方法
• 2.4.7 酸值的测定方法
• 2.4.8 水分的测定方法
• 2.4.9 折光率的测定方法
• 2.4.10 密度的测定方法
• 2.4.11 重金属的测定方法
• 2.5 实验结果与讨论
• 2.5.1 原料柠檬酸
• 2.5.2 产品质量
• 2.5.3 产品酯化率
• 2.5.4 产品收率
• 2.5.5 中和
• 2.5.6 减压脱醇
• 2.5.7 脱色
• 第三章 柠檬酸三丁酯工艺条件实验
• 3.1 酸醇反应物配比
• 3.1.1 材料与试剂
• 3.1.2 原理及工艺
• 3.1.3 实验方法
• 3.1.4 分析方法
• 3.1.5 实验结果与讨论
• 3.2 酯化反应温度的影响
• 3.3 反应时间对酯化反应的影响
• 3.4 催化剂的选择及用量研究
• 3.4.1 催化剂的选择实验
• 3.4.2 催化剂的制备
• 3.4.3 催化剂的筛选
• 3.4.4 不同负载量PW/MCM 催化剂的确定
• 3.4.5 催化剂焙烧温度的确定
• 3.4.6 催化剂用量的确定实验
• 3.4.7 催化剂的重复使用实验对催化活性的影响
• 3.4.8 结论
• 3.5 中和水洗实验研究
• 3.5.1 中和、水洗原理和目的
• 3.5.2 中和条件的探索
• 3.5.3 结论
• 3.6 减压蒸馏
• 3.7 活性炭的选择及用量
• 3.8 最佳条件实验
• 3.8.1 材料与试剂
• 3.8.2 原理及工艺
• 3.8.3 实验方法
• 3.8.4 分析方法
• 3.8.5 实验结果与讨论
• 第四章 放大实验
• 4.1 材料与试剂
• 4.1.1 原料
• 4.1.2 主要试剂
• 4.1.3 主要仪器及设备
• 4.2 分析方法
• 4.3 实验方法
• 4.4 结果与讨论
• 第五章 车间试产
• 5.1 材料与试剂
• 5.1.1 原料
• 5.1.2 主要试剂
• 5.1.3 主要仪器及工业设备
• 5.2 工艺流程
• 5.3 试产过程
• 5.3.1 酯化反应
• 5.3.2 中和水洗
• 5.3.3 脱醇
• 5.3.4 压滤及包装
• 5.4 中间控制
• 5.4.1 酯化酸值
• 5.4.2 初酯色度
• 5.4.3 中和终点酸值
• 5.4.4 脱醇闪点
• 5.4.5 压滤色度
• 5.4.6 成品酸值
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录