富马酸二甲酯合成工艺设计
治疗多发性硬化症新药富马酸二甲酯的合成研究
富马酸二 甲酯 （Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｆｕｍａｒａｔｅ，ＤＭＦ），化学名（Ｅ）一 ２一丁烯二酸二甲酯 ，既是一 种性 能优 良的防腐剂… ，还是一 种治疗重症银屑病 的口服药 Ｊ。近年来的研究发现 ，富马酸 二甲酯具有免疫调节作 用 ，已被开发用于治疗 多发性硬化症 （Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｃｌｅｒｏｓｉｓ，ＭＳ）并 于 ２０１３年 获 ＦＤＡ 批 准 ，其 有 望 成 为 治疗 ＭＳ的 首 选用 药 “ 。
ห้องสมุดไป่ตู้
摘要：以马来酸酐和甲醇为原料 ，四氯化锡 为酯化催化剂 ，硫化钠 为异构化试剂 ，一 步反应合成 了多发性硬化症 新药富马酸二 甲
酯 ，最佳工艺条件为 ｎ（马来酸酐）：ｎ（甲醇）：ｎ（四氯化锡）＝１：１０：０．０１，反应 ２．５ｈ。收率 ７６％ 。
关键词：富马酸二甲酯 ；马来酸酐 ；催化剂 ；四氯化锡
将马来酸酐（购 自 Ｓｉｇｍａ—Ａｌｄｒ ｉｃｈ公 司，８ ｇ，０．０８ｍｏ１）和 甲醇 （３２ｍＬ）混合加 入三 口烧瓶 中，搅拌 溶解 （约 ５ｍｉｎ），向
反应体系中加入 四氯化锡 （２ ｇ，０．００８ ｍｏ１）浓磷酸 （５ ｍＬ）、 硫化钠（２．１ ｇ，Ｏ．０３ ｍｏ１）和溴化钠 （２ ｇ，０．０２ ｍｏ１），体系加热 回流反应 ２．５ ｈ。反应结束后 ，减压蒸除 甲醇 ，待 溶液 刚析 出 晶体时即倒入 冷水 中搅 拌 ，有大量 白色 晶体 析 出。过滤 ，滤 饼 用水 洗 涤 至 中性 ，真 空 干燥 得 产 品 ９．１ｇ，收率 ７６％ 。 １．２ 富马 酸二 甲酯 的表 征
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｆｕｍａｒａｔｅ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｄｒｕ ｇ ｆｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｃｌｅｒｏｓｉｓ，ｗａｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｆｒｏｍ ｍａｌｅｉｃ ａｎｈ）ｒｄｒｉｄｅ ａｎｄ ｍｅｔｈａｎｏｌ ｂｙ ｏｎｅ ｓｔｅｐ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔｉｎｎｉｃ ｃｈｌｏｒ ｉｄｅ ａｎｄ ｓｏｄｉｕｍ ｓｕｌｆｉｄｅ ａｓ ｔｈｅ ｃａｔａｌｙｓｔ ａｎｄ ｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｇｅｎｔ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗ：ｔｈｅ ｍｏｌａｒ ｒａｔｉｏ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｕｍａｒｉｅ ａｃｉｄ， ｍｅｔｈａｎｏｌ ａｎｄ ｓｔｉｎｎｉｃ ｃｈｌｏｒ ｉｄｅ ｗａｓ １：１０：０．０１，ｒｅｆｌｕｘｉｎｇ ｆｏｒ ５ ｈ，ａｎｄ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｗａｓ ｕｐ ｔｏ ７６％ ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｆｕｍａｒａｔｅ；ｍａｌｅｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ；ｃａｔａ ｌｙｓｔ；ｓｔｉｎｎｉｅ ｃｈ ｌｏｒ ｉｄｅ
富马酸二甲酯介绍
富马酸二甲酯介绍富马酸二甲酯（Dimethylformamide，DMF）是一种有机化合物，化学式为C3H7NO，分子量为73.091 g/mol。
它是无色透明的液体，具有特殊的气味。
DMF在工业上广泛应用于溶剂、催化剂和反应中间体，同时也被用作纺织品、塑料、颜料等行业中的处理剂或添加剂。
下面将详细介绍富马酸二甲酯的性质、制备方法、应用以及安全注意事项。
1.物理性质：富马酸二甲酯是一种极性有机溶剂，其沸点为153-155°C，密度为0.944 g/cm³，闪点为57°C。
它与水混溶，可溶于大部分有机溶剂如乙醇、乙醚、苯等。
DMF在高温下具有可燃性，与空气形成易燃混合物。
此外，富马酸二甲酯还具有较高的介电常数和表面张力。
2.制备方法：（1）乙化胺法：将甲酰氨与乙烯胺在碱的催化下反应生成，然后再与甲醇反应制备DMF。
（2）二甲胺法：将甲醇与二甲胺在催化剂的作用下反应生成二甲甲酸酯，再与碳酸二乙酯反应后脱除乙酸生成DMF。
（3）甲酰氯法：将无水甲酸与氯化氢反应生成甲酰氯，再与甲胺发生酰胺化反应生成DMF。
3.应用：（1）富马酸二甲酯作为溶剂广泛应用于化学合成、有机合成和催化反应中，能与水、醇、酮、醚等多种溶剂混溶，具有良好的溶解性能。
（2）由于DMF极性较强，因此在染料、颜料、塑料等行业中作为溶剂使用时，能有效增加色料的分散性以及颜料和塑料的染色效果。
（3）由于富马酸二甲酯在很宽的温度范围内都有较好的稳定性，因此可用于高温工艺和高分子材料的制备。
（4）富马酸二甲酯还常被用于纺织行业中的维丝、涤纶纤维和氨纶纤维的溶解、纺丝和交联等工艺过程中，可以达到良好的效果。
4.安全注意事项：（1）DMF与空气中的氧气反应生成高温、易燃的混合物，因此在储存和使用时应避免与明火、静电火花等火源接触，并保持通风良好的工作环境。
（2）富马酸二甲酯经皮肤吸收性极强，对皮肤和黏膜有刺激作用，因此在使用时应注意佩戴防护手套、眼镜等器具，避免直接接触。
富马酸二甲酯制备条件探究
富马酸二甲酯的制备摘要以马来酸酐为原料合成富马酸二甲酯，马来酸酐在酸性条件下异构化，并与甲醇酯化成富马酸二甲酯.采用三因素三水平正交实验法探讨催化剂，反应配比，反应时间对产率的影响.试验得出最优条件为：马来酸酐5g,与甲醇摩尔比1：4，回流1h ，1mL浓HCl作催化剂，产率79.3%.关键词马来酸酐；甲醇；正交法；富马酸二甲酯前言富马酸二甲酯（Dimethyl Fumarate ,DMF），分子式为C6H8O4，又称为反丁烯二酸二甲酯，白色结晶，略有酯香味，熔点103-104℃，沸点193℃，溶于乙醇，乙酸乙酯，氯仿，微溶于水，常温下可以升华，对光和热稳定，在紫外线和阳光照射下72ｈ基本无变化，110℃加热2ｈ不分解.富马酸二甲酯的合成方法主要有以下几种：1、马来酸和甲醇直接酯化合成；2、经盐酸-硫酸或盐酸-磷酸为催化剂 ,在马来酸或马来酸酐甲醇体系中进行异构酯化反应合成；[1\2]3、以酸催化马来酸酐水解异构化合成富马酸 ,然后使用催化剂 ,富马酸和甲醇酯化合成.本实验采用以马来酸酐为原料 ,合成富马酸二甲酯的反应，反应如下：通过正交实实验探究催化剂种类、反应时间和反应酸酯的配比对富马酸二甲酯的产率的影响，共设置了9个实验，探究各个因素对反应产率的影响，得出最佳反应条件，并在最佳反应条件下制备富马酸二甲酯.1 实验1.1实验仪器与试剂1.1.1试剂及用量马来酸酐45g；甲醇（Ar）120mL；三氯化铁(Ar) 3g；浓盐酸(Ar)3mL；浓硫酸(Ar)3mL；冰水.1.1.2仪器三颈烧瓶；温度计；蒸馏装置；抽滤瓶；布氏漏斗1.2实验内容与步骤在装有回流装置和温度计的三颈烧瓶中按正交实验表各组反应条件，加入马来酸酐与甲醇 ,以及催化剂 ,加热回流一定时间 ,温度保持在102℃左右.[1]待反应结束后 ,蒸出过量的甲醇 , 在搅拌下，将剩余物倒入5 倍于剩余物的冰水烧杯中 ,外部用冰水冷却至 5 ℃左右 ,继续搅拌结晶 ,待结晶完全后抽滤,经洗涤和干燥得到产品，称重，计算产率[3].根据正交表选出最优反应条件.2 实验现象浓硫酸做催化剂：试验号为1产物为浅棕色粉末，2、3号产物为乳白色粉末，并混有少量白色鳞片状晶体.浓盐酸作催化剂：均为白色粉末，并混有少量白色鳞片状晶体.氯化铁作催化剂：均为浅黄色粉末.3 结果与讨论3.1 通过正交试验选择最佳酯化条件为了综合探讨反应时间，摩尔配比，及催化剂对反应产率的影响，采用L9(34)表进行实验.因素水平表见表1，实验结果分析见表2.[2]表1 酯化反应正交试验因素水平表水平因素催化剂类型A酸酐和醇的摩尔比B反应时间（h）C1 2 3 H2SO4HClFecl31:4（8.3mL）1:6(12.4mL)1:8(16.5mL)0.51.02.0注:马来酸酐用量5g.表2 酯化反应正交试验结果分析表实验号水平组合 催化剂类型 摩尔比 时间A B C产率 (%)负责人1 A1B1C1 H2SO4 1:4 0.5 2.73 陈玉玲2 A1B2C2 H2SO4 1:6 1.0 5.47 陈玉玲3 A1B3C3 H2SO4 1:8 2.0 5.47 陈玉玲 4 A2B1C2 HCl 1:4 1.0 65.66 杨诗妮5 A2B2C3 HCl 1:6 2.0 56.09 杨诗妮 6 A2B3C1 HCl 1:8 0.5 53.35 杨诗妮7 A3B1C3 Fecl3 1:4 2.0 4.10 黄沛敏8 A3B2C1 Fecl3 1:6 0.5 0.00 黄沛敏9 A3B3C2Fecl3 1:8 1.0 9.58黄沛敏Ⅰ 13.67 72.49 56.08 最优条件Ⅱ 175.1 61.56 80.78 A2B1C2Ⅲ 13.68 68.4 65.66 K1 4.56 24.16 18.69 K2 58.37 20.52 26.93 K3 4.56 22.8 21.89 R53.813.648.24经极差分析，各因素对反应产率影响因素顺序为：催化剂类型>反应时间>摩尔配比.[4]此反应最优条件为A2B1C2，既是浓盐酸催化、1h 回流、摩尔配比1:4时反应最优.按最优条件进行实验，取5g 马来酸酐，制的干燥的富马酸二甲酯5.8g,产率为79.3%，为全部试验中产率最高的.3.2 催化剂对反应产率的影响表3 催化剂类型对反应产率的影响催化剂 H2SO4 HCl Fecl3K 值 4.56 58.37 4.56由表3可知，HCl 作催化剂催化时产率最高，不易形成油状物，且蒸出甲醇时温度要求不高，且产品外观好，白色粉末，并混有少量白色鳞片状晶体.H2SO4催化产率低，蒸出甲醇时，温度过高极易碳化，造成产品颜色加深，故需严格控制温度，此部分实验较麻烦且耗时多，易形成油状物而得不到固体.Fecl3催化产物颜色偏黄，杂质较多，FeCl3易水解形成胶状物，极易形成油状物而得不到晶体.故实验得出结论，浓HCl为最优催化剂.3.3 摩尔配比对反应产率影响图1 摩尔配比对反应产率影响由图1可知酸酐、醇摩尔配比1:4时，K值最大，既产率最大，1:6时产率较低，而1:8时产率与1:4时相当，但蒸出甲醇时需要蒸出大量甲醇，造成药品浪费，三个配比均为醇过量，故选用1:4时产率较高且成本较低.3.4 回流时间对反应产率的影响图2 回流时间对反应产率影响由图2可知，回流1小时产率最大，回流0.5小时反应尚未完全，产率较低，而回流2小时产率变化不大，但耗时较长，故最优条件为回流1小时.3.5 综合讨论3.5.1实验步骤设计回流温度为102℃，但实验时回流温度只有80-90℃，原因是甲醇与马来酸形成共沸物而导致回流温度上升不去，对实验探讨最优条件影响不大，控制全部反应温度基本一致即可.3.5.2在用冰水冷却产品时应将热的溶液倒入装有5倍冰水的烧杯中，而不可把冰水倒入热的溶液中，把冰水倒入热的溶液中会导致产品结块，产品粘在烧杯底部，造成产品损失. 3.5.3实验过程蒸出甲醇应尽可能蒸的干净，且用浓硫酸作催化剂蒸出甲醇的过程要小心控制温度，甲醇是有机溶剂，甲醇残留过多会溶解部分产物，导致产率降低.3.5.4第8号实验产物为红棕色油状，得不到白色粉末，用力震荡后油状物消失，加入富马酸二甲酯晶体促进结晶也得不到固体产物，原因可能是FeCl3水解形成胶体导致无法形成固体产物.经讨论，可尝试将热的溶液直接静置冷却结晶，不用冰水进行冷却.4 结果通过正交试验得出数据进行极差分析，各因素对反应产率影响因素顺序为：催化剂类型>反应时间>摩尔配比，进行分析得出此反应最优条件为：浓盐酸催化、1h回流、摩尔配比1:4时反应最优.按最优条件进行实验，制取富马酸二甲产率为79.3%，与理论最佳条件相符.参考文献:[1] 石辉文,蔡峰.富马酸二甲酯的合成[J].应用化工,2003(32):36-37[2] 苏秋芳,陈少华.富马酸二甲酯的合成工艺研究[J].化学工程师,1999(71):9-11[3] 范国枝. 富马酸二甲酯的合成工艺研究[J].应用化工,2004(33):44-46[4] 马鸿飞. 富马酸二甲酯的合成研究[J].化工时刊,2005(19):18-19[5] 岳志超,伍洲,宋维峰. 富马酸二甲酯的合成与应用[J].化工之友,2001(3):30[6] 新型食品防腐剂富马酸二甲酯的合成[J].化学工程与装备,2008(7):27-28富马酸二甲酯的制备学生姓名：陈玉玲学号：20082401215组员姓名：杨诗妮黄沛敏专业：化学教育年级班级：2008级化教5班指导老师：陶敬奇。
复合催化剂一步催化合成富马酸二甲酯
优 越性 ， 玻璃 球 负载纳 米 级 Ｓ ； ／ Ｏ 用 Ｏ 一 Ｔｉ 固体 超
强酸 做酯 化反 应催 化剂 、 硫脲 为异 构化 试剂 ， 功 成 地 由马来 酸酐 合 成 了 富 马酸 二 甲酯 ， 对 反 应 的 并 工 艺 条件进 行 了考 察 。
１ 实 验 部 分
１ １ 试 剂 与 仪 器 ．
在 装 有 温度 计 、 水器 （ 接 回流冷 凝 管 ） 分 上 和
马来 酸酐 ， 析纯 ， 津 市化 学 试 剂 一 厂 ； 分 天 甲 醇 ， 析 纯 ， 津 市化 学 试 剂 二 厂 ； 脲 ， 析纯 ， 分 天 硫 分
搅 拌装 置 的 三 口瓶 中依 次 加 入 一 定 量 的 马 来 酸 酐、 甲醇 、 固体 超 强 酸 和硫 脲 （ 脲 和 双 键 加成 生 硫
第２卷 第 ２ ９ 期
２１ ０ ２年 ３月
精
细
石
油
化
工
Ｓ ＰＥＣＩ ＡＬＩ ＴＹ ＰＥＴＲＯＣＨ ＥＭ Ｉ ＣＡＬＳ
复 合 催 化 剂 一步 催 化 合 成 富 马酸 二 甲酯
刘 占荣 ， 娟 ， 保 恩 ， 萍 王 许 张
（ 家 庄 学 院化 工 学 院 ， 北 石 家 庄 ０ ０ ３ ） 石 河 ５ ０ ５
为 ２ ７ （ ０ ８ｇ 。 ． ６ 约 ． ） ２ ２３ ．． （ 来 酸 酐 ）： （ 醇 ） 影 响 马 甲 的
采用 ０ １ ｌ ． ０ｍｏ 马来 酸酐 ， ． Ｏ ８ｇ固体 超强 酸 ，
２ ０ ， ｕ
１ ０ｇ硫 脲 ， 流 反 应 ３ ０ｈ 考 察 （ 来 酸 酐 ）： ． 回 ． ， 马
基 金 项 目 ： 家庄 学 院 科研 启 动基 金 重 点 项 目（ ９ Ｄ ０ ） 石 ０Ｚ ０ １ 。
富马酸二甲酯合成的新工艺
◇ ｏ
顺酐 马 来酸 一 甲醅
’ ｏ＿ ０ ’ Ｃ） Ｈ （ ） Ｏ Ｈ
富马酸一 甲醢 ∞ ’
２２ 富马酸二 甲酯的合成 ． 在装有 回流冷凝管和温度计 的 ３口烧瓶中加入一 定量的马来酸酐和甲醇 ， 使其在指定时 间和温度下醇
图 １ 醇解—异构化一酯化三 阶段合成富马酸二 甲酯路线图
９ １％ ． ０． ９ Ｋｅ ｒ ｓ ｄｍｅｈ ｌ ｕ ｒ ｔ ； ｌｉ ｎ ｙ ｒ ｅ ｓ ｏ ｇ ｈ ｄ ｏ ｈｏ ｃ ａ ； ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｔｙ ｍａａｃ ｍａｅｃ ａ ｈ ｄ ｉ ； ｔ ｎ ｙ ｒ ｃ ｌｒ ｄｄ ｏ ｅ—ｐ ｔ ｔ ｆ ｄ ｒ ｉ ｏ ｈ ｄ ｅ ｍ
Ｎｏ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｖ ｌＴ ｃ ｎ ｌｇ ｆＤｉ ｔ ｙ ｍａ ａ ｅ Ｓ ｎ ｈ ｓ ｍｅｈ ｌ Ｆｕ ｒ ｔ ｙ ｔ ｅ ｉ ｓ
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富马酸及其二甲酯实验报告
富马酸及其二甲酯实验报告实验目的：了解富马酸及其二甲酯的性质和反应特点，掌握其制备方法及检测方法。
实验原理：1.富马酸是一种含羧酸的有机化合物，其化学式为HO2CCH=CHCO2H。
由于具有不对称性，因此其有两种异构构型：顺式富马酸和反式富马酸。
富马酸在水中会形成环状分子，称为内酰亚胺。
2.富马酸二甲酯是一种有机酯类，其化学式为(CH3O2CCH=CHCO2CH3)。
在甲苯和丙酮的混合溶剂中可得到两种异构体：顺式富马酸二甲酯和反式富马酸二甲酯。
富马酸二甲酯可用于合成多种化学物质，如涂料、塑料、树脂等。
实验步骤：1.富马酸制备：取适量顺式富马酸二甲酯，加入1mol/L的乙醇钠溶液中，搅拌30分钟，过滤固体，用乙酸酐水解，得到富马酸。
2.富马酸二甲酯制备：取适量富马酸、甲醇和稀硫酸加入三口瓶中，插入冷却器和磁力搅拌器，在冰水浴中搅拌反应15分钟，过滤得到去除残留硫酸的混合物。
加入适量NaHCO3溶液，使反应停止，并得到富马酸二甲酯。
反应式为：HO2CCH=CHCO2H + CH3OH → CH3O2CCH=CHCO2CH3 + H2O3.检测方法：用红色酚酞-盐酸溶液滴定，可以检测富马酸在酸性溶液中的酸量。
用氢氧化钠-乙酸酐溶液滴定，可检测富马酸二甲酯中羧酸酯的含量。
实验分析：富马酸属于无色晶体，具有酸味，容易溶于水和乙醇，不溶于乙醚和丙酮。
富马酸二甲酯为无色液体，具有水果香味，密度为1.13g/ml，沸点为174℃。
通过本次实验，我们成功制备了富马酸和其二甲酯，并通过滴定法检测到它们的性质和含量。
实验结论：富马酸和其二甲酯是重要的有机化合物，具有广泛的应用前景。
本次实验通过制备和检测，使我们更深入地了解了它们的化学性质和反应特点。
富马酸二甲酯的合成研究
"
结果与讨论
" + ! 催化剂用量对反应的影响 笔者考察了催化 剂用量对反应的影响， 其结果见表 !。 由表 ! 可知， 随着树脂用量的增加， 当树脂量达 到富马酸的 !"F 时， 继续增加树脂的用量， 收率相 反有所降低， 这是由于树脂用量过多时， 树脂本身会 吸附更多有机物， 因而影响产品收率， 故催化剂用量
+ %.* -
反应条件： 富马酸 ’ 甲醇 （123( 123） 回流反应。 4 !’ -，
! *! 催化剂的重复使用 将富马酸酯化后， 过滤得 到的 $%& 树脂， 用乙醇洗涤， 重复用于酯化反应， 反应 结果如表 & 所示。 表 & 催化剂的重复使用性能
使用次数 收率 ( # ! /" * ! & /" , %.* %
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富 马酸 二 甲 酯 的 合 成 研 究
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（武汉工业学院 生物与化学工 程系， 湖北 武汉， %(""’(）
甲酯的研究与开发 ［6］ * 河南化工， !.., （/） ： !0 7 !-* ［&］ 任夫健， 王一馨 * 富马酸二甲酯的合成工艺及 催化剂 ［ 6］ * 化工时刊， !../， !& （ -） ： % 7 !- * ［ ,］ 陈廉生， 陈国铨， 陈仪本等 * 富马酸二甲酯的合 成与应用 ［ 6］ （ !） ： * 广东化工， !..+ ," 8 ,,*
富马酸二甲酯的催化合成
２０ ０ ８年 ｌ ０月
工
程 师 园
富马 酸二 甲酯 的催化 合 成
张 兆贵 ，窦建芝 ，刘艳蕊
（ 坊教 育 学 院 生 物 与 化 学 工 程 学 院 ，山 东 青 州 ２ ２ ０ ） 潍 ６ ５ ０
ｅ ｃ ｆｍｉｅ ａａｙ ｔｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｎ １ ・ Ｈ２ Ｔ ｅｏ ｔ ｍ ｏ ｄ ｔ ｎ ｒ ｓｆｌ ｗ： ｎ １ ５ Ｏ ． ，ｈ ｎ ｅ ｏ ｘ ｄ ｃ ｔ ｌｓ ｏ ｏ ｅ ｆ Ｃ ４ ５ Ｏ， ｈ ｐ ｉ Ｓ ｍｕ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓａ ｅ ａ ｏｌ Ｓ Ｃ ４・ Ｈ２ １ ０ ｇ ｔ ｅ ｉ ｏ
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酸 酐 溶 解 ， 次 加 入 浓 Ｈ Ｐ 硫 脲 、 ａ ｒＳＣ ・ 依 Ｏ 、 Ｎ Ｂ 、ｎ １ ５ 升温 回流 反应 。反应 结 束后 冷 却 ， 滤 ， Ｈ Ｏ， 抽 重结
晶 ， 燥得 Ｄ 干 ＭＦ， 量 ， 算 收率 。产 品 为 白色 片状 称 计
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一．设计任务1、基本数据生产任务：年产200吨富马酸二甲酯反应原料纯度：顺丁烯二酸 98% 甲醇 98% 硫酸 98%生产要求：年工作日为300天，间歇生产2、设计内容及要求（一）内容1、对富马酸二甲酯反应系统的物料衡算、热量衡算；2、主体反应设备合成釜的选型计算以及辅助设备的选型计算；3、绘制物料衡算的工艺流程图（一张）；4、绘制带控制节点的的工艺流程图（一张）；5、绘制车间平面布置图（一张）；6、编制设计说明书（一份）。
（二）具体要求1、绘制的带控制点的工艺流程图必须符合化工制图的规范，并且字体必须工整。
2、编制的课程设计说明书应对计算过程与工艺流程的选择以及控点的确定进行详细的说明和解释。
二．产品简介富马酸二甲酯为由甲醇与富马酸或顺丁烯二酸酐、顺丁烯二酸酯化而成,简称富马酯(DMF) ,学名反丁烯二甲酯、别名延胡索酸二甲酯,结构式( :CHCOOCH3) 2 ,分子式C6H8O4 ,是无色或白色鳞片晶体,熔点102～105 ℃,常温会升华,无味,略具酯的香味,易溶于氯仿、醇、丙酮、乙酸乙酯,可溶于苯、甲苯、CCl4 ,微溶于水及热水中,对光稳定,在紫外线及阳光下72 h 基本无变化,110 ℃热 1 h 不分解,对热、碱、盐也有一定的稳定性。
但其水溶液对热的酸、碱稳定性较差,对氧化剂、还原剂、蛋白质、纤维、脂肪、糖等有好的稳定性,对金属无腐蚀性,其水溶液pH 值为 6. 7～7. 3 ,所以DMF 性质稳定。
富马酸二甲酯(DMF)是目前国内外研究开发的一种新型防霉防腐剂,具有良好的抑菌杀菌作用,其应用pH 值范围较广(为3～8) ,可在酸性或中性条件下使用,能抑制30 多种霉菌。
其综合抗菌防腐性能优于目前常用的苯甲酸、山梨酸、丙酸及盐、脱氧醋酸等同类防腐剂。
它具有很强的生物活性，因升华而具有熏蒸性，因而具有接触杀菌与熏蒸杀菌双重作用，其毒性低，该物质进入人体后很快变成人体代谢的正常成分“富马酸”，其应用重复性好。
这是一种具有高效、低毒、广谱杀菌,且成本低、价格便宜的防腐防霉剂,发展前景广阔。
富马酸二甲酯是美国80年代开发出来的一种新型防霉剂，取名为“霉敌”。
具有高效、低霉（LD）大白鼠服为2240mg/kg），对许多霉菌有特殊的抑制效果，并且具有抗真菌能力，广泛应用于食品、饮料、饲料、中药材、化妆品、鱼、肉、蔬菜、水果等防霉、防腐、防虫、保鲜、据报道，美国把富马酸二甲酯用于面包防霉实验，在同样条件下储存面包不发霉期，加丙酸钙的面包为16—30天，而加富马酸二甲酯面包为475天，其药效大大优于丙酸钙。
其结果表明富马骏二甲酯对食品中常见的八种霉菌（如黄曲霉、黑曲霉、青霉、高链孢霉、白地霉、串珠镰刀菌等）有明显的抑制作用，用于饲料的防霉优于丙酸盐、山梨酸及苯甲酸二甲酯配成的挥发性溶液喷酒在衣柜，书柜中，也获得了很好的防霉效果，此外，富马酸二酯是一种很在发展前景的新型防霉剂，正在引起国内外食品行业的高度重视。
因此开发生产富马酸二甲酯不仅具有现实意义而且还具有明显的经济效益和社会效益。
国外生产富马酸二甲酯的国家有美国、日本、德国等。
美国的产量为4000T/Y，日本为8000T/Y，中国在80年代未研制出富马酸二甲酯，并于1990年在甘肃天水建成一套200T/Y的生产线，继后江苏、江西、山东、陕西省均有装置上马，但规模都不大，累计中国总产量约在800—1000T/Y。
中国有数万家食品、饮料、饲料生产厂，有十多万家酱油厂和大面积的瓜果蔬菜生产基地，全国每年对防霉防腐保鲜剂的需求量在4万吨以上。
作为新一代的防霉剂富马酸二甲酯应用领域广，市场容量大，前景十分光明。
三．生产工艺的选择1.合成工艺的比较1.1甲醇与富马酸催化合成1.1.1 浓 H 2SO 4为催化剂 O OH O OH+2C H 3OH H SO O H 3CO O 3以富马酸:甲醇为 1∶2(mol 比) ，浓 H 2SO 4 与富马酸质量比为 0.1∶1 ，加热升温回流 3h ,得结晶,于甲醇中重结晶 ,得白色晶片产品 ,熔点 102～104℃,产率 92. 5 % ,该产品如在水中重结晶 ,则为白色针状结晶。
该法质量及收率都好。
近来在上述配比等条件下 ,用微波连续辐射回流反应 ,在达同样质量及产品收率情况下 ,反应时间仅为原来的 1/ 8～1/ 10 ,这是由于原料的酸及醇均为极性分子 ,且存在同种分子及异种分子间的氢键导致分子间缔合 ,从而降低了反应物活性。
而微波可使氢键扭曲而削弱 ,所以降低分子缔合性 ,提高反应活性。
微波还可提高浓H 2SO 4 活性 ,所以低功率已可大大提高反应速度 ,加速缩短完成反应的时间 ,在同样设备下 ,生产能力可提高数倍。
本法废酸可加氨制成硫酸铵肥料 ,从而可减少处理废酸的开支及污染。
该法具有酯产率高、工艺简单等优点 ,但使用H 2SO 4或 HCl 作催化剂具有严重的腐蚀性 ,易发生副反应 ,并污染环境等缺点。
为克服H 2SO 4作催化剂的缺点 ,近年来国内外许多化学工作者都在探索更好的催化剂取代H 2SO 4。
1.1.2 氯化亚锡催化合成富马酸二甲酯富马酸5.8g ，20.4mL 甲醇及3%（以富马酸摩尔数为基准）的氯化亚锡，升温至95℃，搅拌回流酯化4h 后，将混合物注入100mL 的蒸馏水中，用饱和的碳酸氢钠滴定至pH 值 为8，过滤得DMF 粗品，将粗品用甲醇重结晶后得无色片状的精品富马酸二甲酯，mp=102-103℃，产率为95%左右。
该法操作简便，设备简单，产率较高，适于现在工业设备加工改进生产。
催化剂氯化亚锡易于分离，降低工业成本。
1.1.3 硫酸锆作催化剂取甲醇:富马酸为8.6∶1(mol 比) ,硫酸锆∶富马酸为1：10 (质量比) ,热回流10h ,蒸去未反应甲醇, 稍冷,水洗,用10 % NaHCO3 中和到pH 值7 ,析出结晶,离心分离,水洗晶体,干燥得DMF。
熔点102～104 ℃,收率91 %～92 %。
该法催化剂Zr(SO4)2·nH2O 成本为2 万元/ t ,酯化过程可循环多次使用, 每吨DMF 所耗硫酸铝与浓H2SO4催化剂成本相近,而腐蚀性比浓H2SO4少,所以反应设备投资可减少一半,且催化剂可过滤掉,没有H2SO4污染,并且操作条件也大为改善。
其甲醇循环量仅为用BF3 乙醚液作催化剂的几分之一,所以甚受工厂欢迎。
1.1.4．BF3 (C2H5) O 作催化剂用4A 分子筛脱水后甲醇与富马酸摩尔比为37 :1 ,在BF3 (C2H5) O 催化剂下热回流5h (充分搅拌) 、冷却结晶,离心分离、滤饼用甲醇洗涤,母液甲醇经无水处理后循环利用,得白色鳞片,熔点101～102 ℃, 纯度99 % , DMF 收率94 %。
该法BF3 (C2H5) O 用量少,单耗成本低、产品纯度及收率甚好。
反应时间短,生产设备利用率高,在搪瓷反应釜内反应已可,投资及卫生条件好,已在工业生产中采用。
1.1.5．结晶氯化铁催化合成富马酸二甲酯结晶氯化铁(FeCl3·6H2 O) 是一种价廉易得的化合物,利用它催化合成富马酸二甲酯,腐蚀小,三废污染较轻,操作方便,有一定应用价值,其有利应用条件是:当催化剂0.8g(0.003 mol) ,富马酸 5.8 g (0.05 mol) ,甲醇20 ml (0.50 mol) ,即摩尔比为0.06∶1∶10 ,回流 4 h ,得白色结晶产品,收率达61.7 % 。
1.2马来酸酐异构酯化法该法采用二步合成法,第一步由马来酸酐水解异构化生成富马酸,第二步由富马酸和甲醇酯化生成DMF。
当马来酸酐溶解于甲醇后,大部分很快成马来酸一甲酸,加入转位剂后成富马酸一甲酯，继而被酯化成富马酸二甲酯。
由于所用催化剂不同而工艺条件也各异。
1.2 1．以 HCl 为主催化剂 ,H3PO4 为助催化剂法先把顺丁烯二酸酐与甲酸在HCl 催化下异构化,加热搅拌70～80 ℃回流,继而在H3PO4下90 ℃酯化,反应结束后冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得DMF。
熔点102～104 ℃。
反应物中顺丁烯二酸酐∶甲醇为1：10(mol 比) ,HCl 20ml ,H3PO4 35ml ,DMF纯度99 % ,收率94 %。
该法产品纯度及收率较高,但催化剂具腐蚀性,在工业上有采用价值。
1.2.2．以 AlCl3为主催化剂 ,H3PO4为助催化剂法以马来酸酐1mol ,甲醇4mol ,AlCl3 0. 05mol 的比例投料,于78～80 ℃回流搅拌,继而加H3PO40. 37mol 于90 ℃酯化,反应结束后冷却结晶,用饱和NaHCO3溶液中和、过滤、洗涤、干燥,用甲醇重结晶,得结晶DMF ,熔点104 ℃,收率82 %。
AlCl3法比HCl 法腐蚀性小, H3PO4用量少,成本低,如要熔点101～102 ℃的DMF ,则收率为90 % ,适合工业化生产。
此法具有原料易得、价格低廉、产品成本低的特点,适宜于工业化生产。
与第一种方法相比,更重要的是富马酸的用途较广,来源有限,价格较高,而目前我国生产的马来酸酐则发展较快,出现过剩,下游产品开发不够,因此用马来酸酐制取DMF 也是经济效率较好的方法。
1.2.3．以混合催化剂为催化剂马来酸酐与甲醇在混合催化剂的作用下,一步合成了富马酸二甲酯。
确定了最佳工艺条件:三氯化铁0. 5 g ,浓硫酸 1.0ml ,浓磷酸 2.0ml ,硫脲 1.0 g ,溴化钠1.0g ,马来酸酐4 g 及甲醇,回流反应2 h ,产率达88 % ,产品纯度大于99 %。
在带有回流装置的三口瓶中加入马来酸酐与甲醇,按比例分别加入几种催化剂,加热回流反应一定时间, 待反应结束后,将反应物转移至蒸馏装置中,蒸出过量的甲醇,剩余物倒入烧杯中,在搅拌下,将 5 倍于剩余物的冰水加入烧杯中,外部用冰盐水冷却至 5 ℃左右,继续搅拌结晶,待结晶完全后抽滤分离出结晶,经洗涤、重结晶和真空干燥得到纯品DMF。
该法具有操作简便、反应时间短的特点。
1.2.4.盐酸、磷酸催化合成富马酸二甲酯以 1 mol (98 g) 顺丁烯二酸酐、10mol (320 g) 甲醇为原料,20 ml 盐酸为催化剂,32 ml 磷酸为助催化剂,回流反应 4 h ,得DMF 收率达94 % ,纯度达99 %[2,3],本法原料易得,设备简单,操作方便,产品收率高,纯度高,比起单纯盐酸催化法对设备的腐蚀性稍小,能适合于工业生产。
1.2.5.对甲苯磺酸催化合成富马酸二甲酯与结晶氯化铁一样,对甲苯磺酸同样能催化顺丁烯二酸酐与甲醇的酯化作用,再在Br2作用下光照游离基转化成富马酸二甲酸。
当0.10 mol(9.8 g)顺丁烯二酸酐,0.75 mol (30 ml) 甲醇,在0.0013 mol (0.25 g) 对甲苯磺酸作用下回流3 h ,再加入少量Br2/ CCl4 ,红外灯照射15 min ,可得富马酸二甲酯收率70.8 % ,残留液再加Br2/ CCl4 ,反复光照仍可得少量产品,经 4 次光照总收率可达75 %以上。