浙江师范大学
硕士学位论文
尿素法合成碳酸二甲酯的反应工艺及催化剂研究
姓名:茆福林
申请学位级别:硕士
专业:物理化学
指导教师:吴廷华
20050501
丫737412
摘要
摘要
尿素法合成碳酸二甲酯的反应工艺及催化剂研究为了研究尿素法合成碳酸二甲酯的反应工艺以及氨基甲酸甲酯(MC醇解合成碳酸二甲酯(DMC的催化剂,本论文主要在以下几个方面开展了研究工作:
一、建立了尿素醇解法制氨基甲酸甲酯(Mc反应体系的高效液相谱(HPLc分析方法。
由于Mc的沸点较高,尿素难于气化(高温易分解,因此采用气相谱无法测定混合物中的尿素。经研究发现采用反相高效液相谱能够方便快捷的对其进行分析。本文提出了一种简单的甲醇一水二元体系,
采用两根串联的c,。柱,能对反应体系的尿素、Mc和少量副产物进行分离与检测。
二、研究了尿素醇解法制MC的间歇反应条件和半连续化反应条件。
在尿素醇解法制MC的间歇反应工艺研究中分别对反应温度、尿素和甲醇的摩尔比、反应时间等影响因素进行了考察,确定其最佳反应条件是:反应温度为160℃,甲醇与尿素的摩尔比为5:l,搅拌速度为600转/分。达到反应温度后反应时间为5h。该条件下由尿素醇解合成氨基甲酸甲酯,氨基甲酸甲酯的收率可以达到75.1%。
在尿素醇解法制Mc的半连续反应工艺研究中分别对反应温度、尿素和甲醇的摩尔比、反应时间、通入氮气的流量、反应釜的搅拌速度等影响因素进行了考察,确定其最佳反应条件是:反应温度为160℃,甲醇与尿素的摩尔比为5:1,搅拌速度为600转/分,氮气的流量为40 ml/min o达至4反应温度后反应时I可为i5h。该条件下、MC的收率接近95%。
尿素法合成碳酸二甲酯的反应工艺及催化剂研究
对尿素醇解法合成碳酸二甲酯工艺的研究也具有一定的指导价值。
三、研究了Mc与甲醇反应制DMC的间歇反应条件和连续化反应条件。
MC和甲醇反应制DMC的间歇反应工艺以有机锡为催化剂考察了反应温度、物料配比、催化剂用量等因素对反应结果的影响,确定其最佳反应条件是:反应温度为180℃,甲醇与Mc的摩尔比为4:1,催化剂的用量为Mc质量的10%,搅拌速度为600转/分,达到反应温度后反应时间为3.5h。该条件下对于Mc醇解合成DMC,DMC的收率可以达到13.5%。对Mc醇解合成DMC的连续化工艺的研究也具有一定的指导价值。
Mc与甲醇反应制DMC的连续化反应工艺中,研究了反应温度、反应体系中DMC的浓度和馏出
液中DMC浓度随时间的变化以及催化剂性能等。研究表明在反应温度为160℃、底料质量配比MC:ME:cat.=i0:17:l,进料配比MC:ME=I:11、该反应的平均进料速度14.7g/h、平均馏出速度12。9g/h。74h反应结束时的总转化率为86.9wt%,总选择性为92。6 wt%,累计收率约为80%。催化剂的活性和选择性都比较高,具有一定的吸引力。
四、研究了Mc与甲醇反应制DMC催化剂的制备、表征及性能评价。
采用不同的催化剂母体和制备方法制得了一系列的单一氧化物和二元混合物催化剂。通过热重分析、红外、拉曼、XRD等多种表征方法和催化剂性能测试,发现不同的催化剂母体和制备方法对催化剂的催化性能有着较大的影响。氧化锌系列中以硝酸锌为母体通过尿素法沉淀得到的纳米级氧化锌催化活性最高。氧化铅系列中以硝酸铅为母体通过尿素法沉淀得到的氧化铅催化活性最高。滓L化锌和氧化铅二元混合物系列中以硝酸锌和硝酸铅为母体通过尿素法沉淀得到的二元混合物催化剂
摘要
催化活性最高。方法三制得的含5%氧化铅的氧化锌催化剂的催化活性高于单一的氧化锌和
氧化铅催化剂,表明在氧化锌中加入一定量的氧化铅有助于氧化锌催化活性的提高,起到了协同催化的作用。
关键词:尿素,甲醇,氨基甲酸甲酯,碳酸二甲酯,催化剂
reaction mass昼童鲨鱼垡型塑三!塑塑垦壁j:苎墨堡些型型!塑
ABSTRACT
Study On the P Focess and the cata I ysts for synthes i S of
d i methy I carbonat
e from urea
To investigate the process for synthesizing dimcthyl carbonate(DMCfrom nrea and study the
catalysts which were active for the reaction of methyl carbamate(MCwith methanol to produce DMC,following experiments were carried out:
I.Investigation co the method to separate and determine the final products of MC synthesis from urea and methan01.
Since MC has a relatively high boiling point and urea is not stable at high temperature.It is not
an easy job to analyze the products by gas chromatography(GCBased oil our study,it was found that RP—HPLC was effective and simple method to analyse urea,MC and other impurities in the reaction mixture In this work,we proposed that two C xs columns connected in series instead ofsingle ore should be used and the simple methanol-water system be used as carrier.
11Study ou reaction conditions of batch process and semicontinuous process for the synthesis of MC from urea and methanol
’the batch process for synthesis MC from urea and methanol,particularly the e行ects of reaction temperature,reaction time,stirring speed and mole ratio of methanol to urea et a1.o
n the reaction result were systematically studied.The optimum operating conditions were as follows:reaction temperature of160℃,reaction time of5h,stirring speed of600turns/min,and mole ratio of methanolto urea5:1.The yield ofMC reached75.1%.

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