柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯的合成工艺研究

摘要

有研究发现，目前使用最广泛的邻苯二甲酸酯类增塑剂是有毒的，并有可能诱发癌症。因为有优异的安全性与出色的增塑性，以柠檬酸三丁酯(TBC)和乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)为代表的柠檬酸酯类增塑剂被认为是邻苯二甲酸酯类增塑剂的优秀替代品。本文研究了以正丁醇和柠檬酸为原料，在催化剂作用下合成柠檬酸三丁酯和以乙酰化剂与TBC进一步反应合成乙酰柠檬酸三丁酯的工艺，并在此研究结果的基础上进行了相关的中试设计。
　　1.对于合成TBC的酯化反应，选用一水硫酸氢钠作为合成柠檬酸三丁酯的催化剂，研究了催化剂进料方式对反应的影响，确定了催化剂以饱和溶液的方式进料。进一步考察了反应时间、加热温度、催化剂用量（占柠檬酸质量的百分比）、原料摩尔比（醇比酸）等反应条件对反应结果的影响。经优化后得出的工艺条件为:催化剂用量为3％，反应时间为150min，加热温度为150℃，原料摩尔比为4.6。在此条件下TBC的收率为98％。此外还研究了精制工艺中碱液浓度对产品酸值的影响，确定碱液的质量分数为6％。
　　2.对于合成ATBC的酰化反应，比较了乙酰氯和乙酸酐的酰化效果，选择乙酸酐作为乙酰化剂，采用了价廉的[NH(CH2)5CO]HSO4酸性离子液体做催化剂合成乙酰柠檬酸三丁酯，研究了原料摩尔比（乙酸酐比TBC）、反应温度、反应时间和催化剂用量（占TBC质量的百分比）对反应结果的影响。经优化后得出的工艺条件:原料摩尔比为1.2，反应时间为45min，反应温度为65℃，催化剂用量为1.5％。在此条件下，产品的收率可达到98.9％。此外，还考察了催化剂的重复使用性，催化剂回收使用5次后，收率仍可达98.2％。
　　3.根据实验室小试优化的工艺参数和操作条件，设计了一条年产30吨ATBC的中试生产线。

目录

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致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 柠檬酸南类增望剂

1．2．1 概述

1．2．2 TBC和ATBC的性质

1．2．3 TBC和ATBC的应用领域

1．3 TBC和ATBC的生产和研究状况

1．3．1 TBC和ATBC国内外的生产状况

1．3．2 TBC和ATBC的合成研究

1．4 课题意义与研究内容

1．4．1 课题意义

1．4．2 研究内容

第二章 柠檬酸三丁酯的合成工艺研究

2．1 前言

2．2 原料和试剂

2．2．1 反应原料

2．2．2 主要试剂

2．3．1 仪器与装置

2．3．2 实验装置

2．4 实验操作步骤

2．5 产品的检测与分析

2．5．1 酸值的检测

2．5．2 折光率检测

2．5．3 定量分析

2．5．4 红外分析

2．5．5 质谱分析

2．6 工艺的优化选择

2．6．1 催化剂

2．6．2 反应物摩尔比

2．6．3 加热温度

2．6．4 反应时间

2．6．5 产品的精制

2．7 本章小结

第三章 乙硫柠檬酸三丁酯的合成工艺研究

3．1 前言

3．2 原料和试剂

3．2．1 反应原料

3．2．2 主要试剂

3．3 仪器与装置

3．3．1 主要仪器设备

3．3．2 实验装置

3．4 实验操作步骤

3．4．1 酰化反应

3．4．2 自制离子液体

3．5 检测与分析

3．5．1 产品的检测

3．5．2 自制离子液体的表征

3．6 工艺的优化选择

3．6．1 酰化剂

3．6．2 正交优化实验

3．6．3 反应物摩尔比

3．6．4 反应温度

3．6．5 反应时间

3．6．6 催化剂

3．6．7 减压蒸馏脱酸

3．6．8 产品的精制

3．7 本章小结

第四章 乙酰柠檬酸三丁酯的中试设计

4．1 前言

4．2 中试设计

4．2．1 酯化反应工段

4．2．2 TBC精制工段

4．2．3 酰化反应工段

4．2．4 脱酸与催化剂回收工段

4．2．5 ATBC精制工段

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

作者简历

科研成果