酯的氨解反应及其管道化工艺研究

作     者：欧阳博 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱超

授予年度：2018年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：酰胺 酯 间歇釜式反应器 金属钠 管道化反应器 动力学 

摘      要：酰胺是一类用途广泛的有机化合物,常用的制备方法有以下几种:酰卤氨解法、酸酐氨解法、羧酸氨解法、羧酸铵盐脱水法、酯氨解法、腈部分水解法、醛氨化法、醇催化氨化法、炔氨化法等。通过比较各种方法的优缺点,本文采用酯为原料,间歇釜式和连续管道化两种工艺制备酰胺。首先,本文采用间歇釜式反应器,探究了一系列碱性催化剂对乙酸乙酯与液氨的反应催化效果,并筛选出催化性能最好的金属钠作为催化剂。通过工艺条件的优化,得到乙酸乙酯氨化制备乙酰胺的最佳工艺条件为:酯氨摩尔比n（乙酸乙酯）:n（液氨）=1:2,催化剂金属钠用量为0.06当量,反应温度为90℃,反应时间为6hr,原料乙酸乙酯转化率可以达到97.8%。反应液经GC-MS初步表征确认;而后将重结晶提纯后进行核磁共振氢谱表征,结构正确。该工艺适用于多种酯的氨解反应,经工艺优化后,实验选取的酯氨解转化率均在85%以上,重结晶提纯后进行核磁共振氢谱表征,结构正确。其次,本文采用管道化反应器探究了无催化剂条件下乙酸乙酯和正丙胺反应制备N-正丙基乙酰胺的反应。反应在188-228℃范围内,该反应均能取得较好的反应效果,转化率达93%以上,但温度越低,所需停留时间越长,同等产能下,需要更大的反应盘管容积。原料酯胺比在1:0.667-1.50范围内对完全反应所需停留时间影响不大,且均能取得较好转化率,但从产物质量摩尔浓度上看,原料酯氨比为1:1.00时产物浓度最高,增大某一原料的比例能够增大另一种原料的转化率,但是产物质量摩尔浓度反而下降。反应压力大于体系最大泡点压力时,对反应基本无影响。本文还结合酯氨解反应机理与管道化反应数据,计算出乙酸乙酯和正丙胺反应的表观动力学。原料转化率对停留时间的曲线为“S型,与自催化反应类似;且快速反应期转化率与时间呈一次函数关系。因此提出了夺氢步骤为整个反应的控速步骤,且该步反应速率由反应温度决定,和酯、胺的浓度无关,整个反应表观动力学表现为零级反应。通过拟合计算得到在快速反应期,零级反应的反应速率常数满足Arrhenius方程,活化能为38489J·mol-1,指前因子为8.4709。本文开发的间歇釜式反应器中金属钠催化酯氨解反应与管道化反应器中乙酸乙酯和正丙胺无催化剂反应均有一定创新性。所有实验均为无溶剂反应,未检测到副反应发生,转化率高。釜式反应采用的催化剂金属钠用量少、价格便宜,对酯氨解工业化具有一定意义;管道化反应的实验结果,为研究酯氨（胺）化反应动力学以及实际工业过程模拟提供数据支持。