搜索
1富马酸二甲酯合成的工艺设计——年产480吨富马酸二甲酯工艺设计姓名专业学号指导教师完成日期2目录1设计任务书······················································11.1基本数据···················································11.2设计内容及要求············································12产品简介························································12.1富马酸二甲酯的介绍········································12.2富马酸二甲酯的性质及用途··································12.3富马酸二甲酯的市场分析·····································33生产工艺的选择··················································33.1合成工艺的比较············································33.2本设计采用的工艺··········································44工艺流程设计····················································54.1原料来源及产品规格········································54.2工艺流程简图··············································55物料衡算及热量衡算··············································65.1已知数据··················································65.2顺丁烯二酸与甲醇制备富马酸二甲酯的物料衡算框图············65.3衡算过程··················································66主要设备选型····················································96.1泵的设计及选型············································96.2反应釜的设计及选型········································106.3换热器的选型··············································126.4储罐的选型················································126.5分离设备的选型············································127车间布置设计····················································137.1泵的布置··················································137.2反应釜的布置··············································137.3换热器的布置··············································148环境保护与安全措施··············································148.1环境保护··················································148.2安全措施··················································159设计体会························································1610设计一览表·····················································1711参考文献·······················································18附图1富马酸二甲酯装置合成工段工艺物料流程图附图2富马酸二甲酯装置合成工段工艺带控制点的工艺流程图附图3富马酸二甲酯装置合成工段工艺车间设备布置平面图附图4富马酸二甲酯装置合成工段工艺车间设备布置立面图1一、设计任务书1、基本数据生产任务：年产480吨富马酸二甲酯/年生产时间：年工作日为300天，间歇生产反应原料纯度：富马酸98%甲醇98%硫酸98%2、设计内容及要求（1）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编制设计说明书（一份）；④绘制物料衡算的工艺流程图（一张）；⑤绘制带控制节点的的工艺流程图（一张）；⑥绘制车间平面布置图（一张）；⑦绘制车间立面布置图（一张）。（2）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1、富马酸二甲酯的介绍富马酸二甲酯简称为DMF。它具有低毒(LD_(50)大白鼠口服为2240毫克/公斤)、高效、广谱抗菌的特点，对霉菌有特殊的抑菌效果。可应用于面包、饲料、化妆品、鱼、肉、蔬菜及水果的防霉。DMF用于面包的防霉效果大大优于丙酸钙。据国内研究表明，DMF具有较好的抗真菌能力，对于饲料的防霉效果优于丙酸盐、山梨酸及苯甲酸等酸性防腐剂，在含500～800ppm的PDA培养基中对许多霉菌及细菌起到完全抑制作用。2、富马酸二甲酯的性质及用途2.1富马酸二甲酯的性质2（1）化学性质富马酸二甲酯在辐射或加热条件下会分解成甲烷、乙烷、甲醛、二氧化碳及一氧化碳（产物取决于反应条件及催化剂）。富马酸二甲酯可作为烷基化合剂，在很多场合中，它具有甲基化反应性能，例如在硅酸铝催化剂存在的条件下，富马酸二甲酯可以与苯发生烷基化反应而生成甲苯、二甲苯及多烷基苯。富马酸二甲酯与一氧化碳反应可生成乙酸或乙酸甲脂；与二氧化碳反应则生成甲氧基乙酸。当与氰化氢反应时则生成乙腈。此外，富马酸二甲酯可与三氟化硼形成络合物，其分子式（CH3）2OBF3，此络合物在空气中发烟，而在水或醇中则可分解。DME还可选择性氯化为各种氯化衍生物。无致癌性、腐蚀性甚微。（2）物理性质1、酯含量：≥99.0%；2、不挥发物：≤0.1%；3、重金属（以Pb计）：≤0.002%；4、熔点：101-104℃；5、沸点：193℃；6、相对密度：1.37；7、游离酸：合格2.2富马酸二甲酯的用途产品用途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3有明显的经济效益和社会效益。3、富马酸二甲酯的市场分析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硫酸催化合成DMF不含富马酸二甲酯的干燥剂硫酸作为催化剂是经典的合成法,产品收率可以达到92%〔4，8，9〕，虽然这种方法简单收率高，但是，由于硫酸的腐蚀性，会引起副反应，且有三废污染等缺点。1.2对甲苯磺酸催化合成DMF甲苯磺酸作为催化剂合成DMF，产品产率为67%左右。对甲苯磺酸是一种有机酸，虽然其对设备的腐蚀性和三废比较少、不易引起副反应、产品色泽好、价廉易得、易于保存运输和使用，用量少，活性高，但是产率比较低等缺点。1.3树脂催化合成DMF强酸性阳离子交换树脂早在20世纪50年代就开始用于一些酯化反应中，生成的酯色度低，后处理方便，可重复使用，对设备无腐蚀性，不产生三废，极有工业使用价值。使用强酸性离子交换树脂作为催化剂合成DMF，其产率可达到91.4%。1.4固体超强酸催化合成DMF固体超强酸催化合成富马酸二甲酯超强酸是酸强度比100%硫酸更强的酸。固体超强酸具有不腐蚀设备、不污染环境、不怕水、耐高温、反应活性高、选择性好、制造容易、在反应体系中易分离、不易中毒等优点,同时可以重复使用,4因而具有一定的工业应用价值。1.5氯化铁催化合成DMF谱尼测试提供富马酸二甲酯检测服务结晶氯化铁催化合成富马酸二甲酯结晶氯化铁（FeCI3·6H2O）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，富马酸58g，甲醇20ml，，即摩尔比为0.06∶1∶10，回流4h，得白色结晶产品，收率达61.7%〔13〕。1.6杂多酸催化合成DMF杂多酸是由两种以上无机含氧酸缩合而成的多元酸,它不仅具有多元酸和多电子还原能力,而且其酸性和氢化还原性可以通过变换组成元素在很大范围内系统地调节。它对许多反应具有高的催化活性和选择性,并且不挥发,对热稳定、污染少、可以大大减轻对设备的腐蚀,能够再生和重复使用。1.7稀土化合物催化合成DMF稀土化合物是我国易得、资源丰富的化合物,开发稀土化合物的利用很有经济价值。李晓莉等利用三氧化二钕(Nd2O3)催化合成了富马酸二甲酯，当15g富马酸,30ml甲醇，三氧化二钕用量为3%，回流4h，得产品收率90%〔15〕。1.8BF3·(C2H5)2O催化合成DMF三氟化硼(BF3)是强的电子接受体，强的Lewis酸，能够与供电子的羧酸中羧基形成复合物，使羧基中的碳带更多的正电荷，但BF3是气体，故催化酯化反应的进行，常利用其与醇或醛等形成钅羊盐而使用。2、本设计采用的工艺OOHOOH+2CH3OHH2SO4OH3COOOCH3本文选择以富马酸:甲醇为1∶2(mol比)，浓H2SO4与富马酸质量比为0.1∶1为催化剂，加热升温回流2h,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。该法具有酯化产率高、高达80%，工艺操作简单，原料便宜，来源广，生产5无污染等优点。而且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。四.工艺流程设计1、原料来源及产品规格原料：富马酸（98%）;甲醇（98%）产品规格：富马酸二甲酯含量≧99%反应条件：反应温度60~65℃；反应压力8bar；反