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合成乙酰柠檬酸三丁酯的工艺流程框图如图1所示。
氨基磺酸正丁醇、水恒沸物醋酸柠檬酸酯化正丁醇脱醇TBC醋酸酐乙酰化脱酸正丁醇水水醋酸酐产品ATBC干燥水洗及分离ATBC中和及分离水水
图1 乙酰柠檬酸三丁酯的合成工艺流程框图
本设计工艺与传统生产方法相比，具有下列优点：
①该工艺选用催化活性高的氨基磺酸和大孔强酸性阳离子交换树脂，使酯化率以及酰化率都很高，而且这两种催化剂重复使用后催化活性依然很高。
②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。
③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。
④该工艺省去了脱醇前的碱洗、水洗等工序，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。
2.2 工艺参数
年产量400吨ATBC，年工作日300天。 ①酯化过程:
原料：柠檬酸质量分数90%
正丁醇质量分数98%
为了提高柠檬酸转化率，采用正丁醇过量的方法，原料配比：
n（柠檬酸）：n（正丁醇）=1:4
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催化剂氨基磺酸加入量为柠檬酸量的4%(质量分数)，恒沸物水中含醇
7.7%（质量分数)，醇中含水20.1%(质量分数)。
反应温度：110℃～160℃ 反应时间：2.5h 柠檬酸转化率：98.2% 柠檬酸三丁酯收率：98.2% ②脱醇过程
正丁醇出料质量分数:：≥98% 塔釜正丁醇质量分数：≤1% 柠檬酸三丁酯收率：98.2% ③乙酰化过程
醋酸酐质量分数：98%
原料配比n（柠檬酸三丁酯）：n（醋酸酐）=1:1.8 反应温度：85℃ 反应时间：2h TBC转化率：99.8% ATBC收率：99.8% ④脱酸过程
轻组分出料质量分数：≥98% 塔釜残液质量分数：≤1% ATBC收率：99.5%
⑤中和及分离过程(碱洗及分离过程)
ATBC收率：98%
质量分数为4%Na2C03的加入量为按残余酸计算消耗碱的理论量的5倍 ⑥水洗及分离过程
ATBC收率：99.0%
水的加入量和物料量的质量比为1.2:1，洗三次，每次用时4h～4.5h ⑦干燥(脱水过程)
ATBC收率：99.5%
3 物料衡算
计算基准：天
3.1 总物料衡算
据物料衡算，由各单元收率得
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①产品ATCB量
400×1000=1333.33kg300
②干燥过程
1333.330.995=1340.03kg
③水洗及分离过程
1340.030.99=1353.57kg
④中和及分离过程
1353.570.98=1381.19kg
⑤脱酸过程
1381.190.995=1388.13kg
⑥乙酰化过程
1388.130.998=1390.91kg
3.1.1 各操作单元每班所得ATBC的质量
乙酰化过程如图2所示。
乙酰化过程简图TBC醋酸酐大孔强酸性阳离子交换树脂图2 乙酰化过程简图
ATBCTBC乙酰化醋酸醋酸酐大孔强酸性阳离子交换树脂乙酰化反应如下：
CH2COOC4H9HOCCOOC4H9+(CH3CO)2OCH3COOCH2COOC4H9CCOOC4H9+CH3COOH
CH2COOC4H9CH2COOC4H9淮海工学院二〇〇九届本科毕业设计（论文） 第 9 页 共 47 页
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
1245.59kg，理论上消耗醋酸酐352.92kg，理论上生成醋酸207.60kg。实际需加入纯柠檬酸三丁酯1248.09kg，加入醋酸酐635.26kg。
3.1.2 由TBC质量计算脱醇过程及酯化过程所生成TBC质量
①脱醇过程
1248.09=1270.97kg0.982
②醋化过程生成TCB质量
1270.97=1294.27kg0.982
3.2 单元操作物料衡算
3.2.1 酯化过程
酯化过程如图3所示。
柠檬酸正丁醇水氨基磺酸图3 酯化过程简图
柠檬酸TBC酯化水杂质氨基磺酸
酯化反应如下：
CH2COOHHOCCOOH+3C4H9OHHOCH2COOC4H9CCOOC4H9+3H2O
CH2COOHCH2COOC4H9由柠檬酸三丁酯的质量经物料衡算得，理论上消耗柠檬酸690.28kg，消耗正丁醇798.13kg，生成水194.14kg。实际需加入90%柠檬酸781.04kg，加入98%正丁醇1228.68kg，加入氨基磺酸31.24kg。酯化反应后剩余柠檬酸12.65kg，正丁醇405.98kg，水296.82kg，氨基磺酸31.24kg，杂质23.3kg。
酯化釜物料平衡见表1。
表1 酯化釜物料平衡表
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酯化反应前物料名称90%柠檬酸98%正丁醇氨基磺酸物料质量（kg）781.041228.6831.24物料名称柠檬酸正丁醇氨基磺酸TBC水杂质合计2040.96合计酯化反应后物料质量（kg）12.65405.9831.241270.97296.8223.32040.96所占比例0.62.9%1.53b.27.54%1.140%
水在正丁醇中的溶解度为20.1%（质量%，水），正丁醇在水中溶解度为7.7%（质量%），最终未反应的正丁醇与水分为两部分。通过物料衡算得，从酯化回流罐中分离出正丁醇4.30kg，水55.84kg，出酯化釜物料中正丁醇401.68kg，水240.98kg。 3.2.2 脱醇过程
脱醇过程如图4所示。
水柠檬酸、TBC、水脱醇塔氨基磺酸、正丁醇TBC氨基磺酸正丁醇柠檬酸
图4 脱醇过程简图
正丁醇假设脱醇时，氨基磺酸、柠檬酸不会从塔顶蒸出，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402.36kg，实际一班需消耗正丁醇433.38kg。
脱醇塔物料平衡见表2。
表2 脱醇塔物料平衡表