论文摘要
己二酸二甲酯是非常重要的精细化工产品和化工原料,应用非常广泛,其合成方法是典型的酯化反应工艺,一般采用硫酸、硝酸等无机酸作为催化剂,该法产率较高,但设备腐蚀严重,且排放大量废酸污染环境,不能满足环保的要求。为解决传统酯化方法所带来的各种问题,本课题研究了一种新的酯化工艺,该工艺选用固体的强酸性阳离子交换树脂代替了污染严重的无机酸作为催化剂,采用4A分子筛作为吸水剂,促使酯化反应正向进行,提高酯化率。酯化反应为可逆反应,一般情况下反应进行不彻底,依照反应平衡原理,要提高酯的产量,需要从产物分离出一种成分或使反应物中一种成分过量的方法使反应正向进行。按照化学反应理论,带水剂能与水或反应物之一形成二元或三元共沸物而将水及时带出反应体系,打破了反应的化学反应平衡,使反应向有利于生成酯的方向进行；本文采用反应-吸附耦合工艺,以分子筛作为吸水剂,原料中的甲醇大大过量,且保持一定温度使不断汽化的甲醇携带水,通过冷凝器冷凝后,进入吸附器除掉反应生成的水,除掉水的甲醇循环回到反应器进一步参与酯化反应。该工艺具有过程清洁,条件温和,收率高,产物分离容易等优点,非常适合于精细化学品的工业化生产。本文对反应-吸附耦合法制备己二酸二甲酯的合成工艺及反应表观动力学进行了全面的探讨。首先提出了以己二酸和甲醇为基本原料合成己二酸二甲酯的反应-吸附工艺路线,同时利用单因素法和正交试验设计法相结合的方法,以酯化率为考核标准,考察了各种因素对该合成反应的影响,并优化得到较佳的反应条件,在此条件下酯化率可达96.3%。经比较,732强酸性阳离子交换树脂催化性能优于NKC-9阳离子交换树脂,选用732强酸性阳离子交换树脂进行后续实验,较优反应条件为：醇酸初始摩尔比为6：1；水浴温度为70℃；回流时间为8h；催化剂用量14%（以己二酸质量为基准）。其次,本论文对己二酸二甲酯合成反应的表观动力学进行了探讨。根据反应的相关理论,建立了其表观动力学方程为：其中：CA：己二酸的瞬时物质的量浓度,mol/L；CB：甲醇的瞬时物质的量浓度,mol/L。该方程反映了己二酸、甲醇在732强酸性阳离子交换树脂的催化和4A分子筛吸附的共同作用下,生成了己二酸二甲酯的表观活化能为Ea=23.5583kJ/mol.另外,本论文还建立了一种利用气相色谱技术分析反应物系的方法,此方法采用一阶程序升温,能很好地实现本反应体系中各个组分的分离。综上所述,本文采用单因素实验设计法与正交试验法相结合的方法优化得到了己二酸二甲酯合成反应的较佳工艺条件,探讨了反应的表观动力学,提出了有关产物的分析方法,为工程设计和工业化生产提供了一定的设计参数和理论依据。
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