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《郑州大学》 2010年
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异戊烯酸甲酯催化合成及动力学研究

杨涛  
【摘要】: 异戊烯酸甲酯作为重要的精细化工原料被广泛应用于合成医药、农药和香料等化工产品中。但是目前的生产工艺合成路线长,污染严重,产品中有毒有害物质残留,投资能耗较大等诸多问题,严重影响了异戊烯酸甲酯的生产及应用。随着市场需求量的逐步增大,有必要对现行生产工艺进行深入研究和改进。本文对酯化催化剂及其相关合成工艺和应用基础进行了研究,研究结果具有一定的学术理论意义和工程应用前景。 课题对常用酯化催化剂进行了筛选,实验比较了各催化剂在合成异戊烯酸甲酯反应中的催化活性和适用性。根据酯化反应体系的不同,选择适合均相酯化反应体系的催化剂为对甲苯磺酸,适合非均相酯化反应体系的催化剂为732型强酸型阳离子交换树脂。 以异戊烯酸和甲醇为原料,分别使用对甲苯磺酸和732型强酸性阳离子交换树脂为催化剂,采用甲醇外循环吸附除水工艺合成异戊烯酸甲酯。实验考察了影响酯化率的主要影响因素,优化得到了较佳工艺条件。以对甲苯磺酸为催化剂的较佳工艺条件是:催化剂用量10g/mol,醇酸摩尔比n0,(甲醇)/n0,(异戊烯酸)为2.0:1,反应时间5.5h。在较佳工艺条件下,三次平行试验的平均酯化率为99.44%;以732型强酸性阳离子交换树脂为催化剂的较佳工艺条件为:催化剂用量22g/mol,醇酸摩尔比no,(甲醇)/n0,(异戊烯酸)为2.4:1,固定搅拌转速为800r/min,在加热回流状态下,反应16小时,平均酯化率为99.47%,催化剂重复使用后,再生性能良好。自制了外循环分子筛填充床做为该酯化工艺除水的设备,研究发现该工艺过程具有酯化率高、能耗较低、反应器生产能力大和分离过程负荷小等特点。 采用等温法研究了以对甲苯磺酸为催化剂,异戊烯酸和甲醇直接均相酯化的宏观动力学。在采用甲醇外循环除水工艺条件下,可将该反应看作不可逆反应,根据均相酯化反应的相关理论,建立了该反应在344.15K-352.15K温度范围内的宏观动力学模型,得到的反应速率方程为:该动力学模型对于异戊烯酸和甲醇均表现为一级反应,表观活化能Ea=65.494kJ/mol。并将348.15K温度下的实验测定值和模型计算值进行了比较,相对误差均在4%以内,表明所得动力学方程在实验温度内是比较可靠的。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ225.241

【引证文献】
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