異戊烯酸甲酯催化合成及動力學(xué)研究.pdf

1、異戊烯酸甲酯作為重要的精細(xì)化工原料被廣泛應(yīng)用于合成醫(yī)藥、農(nóng)藥和香料等化工產(chǎn)品中。但是目前的生產(chǎn)工藝合成路線長，污染嚴(yán)重，產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)殘留，投資能耗較大等諸多問題，嚴(yán)重影響了異戊烯酸甲酯的生產(chǎn)及應(yīng)用。隨著市場需求量的逐步增大，有必要對現(xiàn)行生產(chǎn)工藝進(jìn)行深入研究和改進(jìn)。本文對酯化催化劑及其相關(guān)合成工藝和應(yīng)用基礎(chǔ)進(jìn)行了研究，研究結(jié)果具有一定的學(xué)術(shù)理論意義和工程應(yīng)用前景。
　　 課題對常用酯化催化劑進(jìn)行了篩選，實驗比較了各催化劑在合

2、成異戊烯酸甲酯反應(yīng)中的催化活性和適用性。根據(jù)酯化反應(yīng)體系的不同，選擇適合均相酯化反應(yīng)體系的催化劑為對甲苯磺酸，適合非均相酯化反應(yīng)體系的催化劑為732型強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂。
　　 以異戊烯酸和甲醇為原料，分別使用對甲苯磺酸和732型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂為催化劑，采用甲醇外循環(huán)吸附除水工藝合成異戊烯酸甲酯。實驗考察了影響酯化率的主要影響因素，優(yōu)化得到了較佳工藝條件。以對甲苯磺酸為催化劑的較佳工藝條件是：催化劑用量10g/mol，醇

3、酸摩爾比n0，(甲醇)/n0，(異戊烯酸)為2.0:1，反應(yīng)時間5.5h。在較佳工藝條件下，三次平行試驗的平均酯化率為99.44％；以732型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂為催化劑的較佳工藝條件為：催化劑用量22g/mol，醇酸摩爾比n0，(甲醇)/n0，(異戊烯酸)為2.4:1，固定攪拌轉(zhuǎn)速為800r/min，在加熱回流狀態(tài)下，反應(yīng)16小時，平均酯化率為99.47％，催化劑重復(fù)使用后，再生性能良好。自制了外循環(huán)分子篩填充床做為該酯化工藝除水的設(shè)

4、備，研究發(fā)現(xiàn)該工藝過程具有酯化率高、能耗較低、反應(yīng)器生產(chǎn)能力大和分離過程負(fù)荷小等特點(diǎn)。
　　 采用等溫法研究了以對甲苯磺酸為催化劑，異戊烯酸和甲醇直接均相酯化的宏觀動力學(xué)。在采用甲醇外循環(huán)除水工藝條件下，可將該反應(yīng)看作不可逆反應(yīng)，根據(jù)均相酯化反應(yīng)的相關(guān)理論，建立了該反應(yīng)在344.15K-352.15K溫度范圍內(nèi)的宏觀動力學(xué)模型，得到的反應(yīng)速率方程為：
　　 r=-dCA/dt=2.3187×106·e-65494/RTC