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作为一种重要的有机化工中间体，二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)广泛应用在聚氨酯(PU)、涂料、胶粘剂等行业。目前，MDI主要通过光气法生产。其原料光气剧毒且副产物HCl腐蚀性较强。因此，本文采用具有工业应用前景的氨基甲酸酯热解法制备异氰酸酯，系统开展热解制备工艺、反应机理及反应器放大规律的研究:
(1)以泡沫铜为催化剂，开展了二苯甲烷二氨基甲酸甲酯(MDC)在邻二氯苯溶剂中催化热解制备MDI的工艺研究。热解的最优条件为:反应温度250℃，反应物加入量为溶剂加入量的2％，反应时间2h，催化剂加入量为MDC量的2％，在该条件下，MDI收率达到95.8％。
(2)采用DFT方法研究了MDC非催化热解及Cu(111)晶面表面催化热解反应机理。MDC非催化热解反应路径分别以两个共平面的四元环为过渡态，随后发生顺式的消去反应，生成甲醇及异氰酸根。MDC分别消去两分子甲醇的过渡态能垒分别为120kJ/mol与116kJ/mol。Cu(111)晶面催化热解时发现Cu亲电攻击羰基O和甲氧基O，协同活化后出现活化中间体，即甲氧自由基与基体的脱离。计算得到的过渡态能垒为63kJ/mol，较非催化过程降低57kJ/mol。
(3)采用CFD方法开展了MDC热解反应器放大规律的量化研究。结果表明，1L、1m3单层桨热解反应釜流体经搅拌桨加速后分为上下两个循环区，加热时上循环区平均温度高于下循环区;N2通气速率从0增加到150mL/min，反应釜内的温度变化速率由0.180℃/s增加到0.205℃/s。N2的通入增加了热解反应釜内流体的湍动程度，因而增大了釜内侧的表面传热系数，导致温度变化速率增加。开展了1m3双层桨热解反应釜的流场研究，发现上下两层桨之间形成了明显的漩涡;进一步开展了不同搅拌时间下温度场的研究，发现双层桨引入对热解反应釜温度变化速率无明显影响。
(1)以泡沫铜为催化剂，开展了二苯甲烷二氨基甲酸甲酯(MDC)在邻二氯苯溶剂中催化热解制备MDI的工艺研究。热解的最优条件为:反应温度250℃，反应物加入量为溶剂加入量的2％，反应时间2h，催化剂加入量为MDC量的2％，在该条件下，MDI收率达到95.8％。
(2)采用DFT方法研究了MDC非催化热解及Cu(111)晶面表面催化热解反应机理。MDC非催化热解反应路径分别以两个共平面的四元环为过渡态，随后发生顺式的消去反应，生成甲醇及异氰酸根。MDC分别消去两分子甲醇的过渡态能垒分别为120kJ/mol与116kJ/mol。Cu(111)晶面催化热解时发现Cu亲电攻击羰基O和甲氧基O，协同活化后出现活化中间体，即甲氧自由基与基体的脱离。计算得到的过渡态能垒为63kJ/mol，较非催化过程降低57kJ/mol。
(3)采用CFD方法开展了MDC热解反应器放大规律的量化研究。结果表明，1L、1m3单层桨热解反应釜流体经搅拌桨加速后分为上下两个循环区，加热时上循环区平均温度高于下循环区;N2通气速率从0增加到150mL/min，反应釜内的温度变化速率由0.180℃/s增加到0.205℃/s。N2的通入增加了热解反应釜内流体的湍动程度，因而增大了釜内侧的表面传热系数，导致温度变化速率增加。开展了1m3双层桨热解反应釜的流场研究，发现上下两层桨之间形成了明显的漩涡;进一步开展了不同搅拌时间下温度场的研究，发现双层桨引入对热解反应釜温度变化速率无明显影响。