碳酸二甲酯（DMC）是一种用途广泛的绿色化学品。以尿素、1,2-丙二醇与甲醇为原料“一步法”制备DMC,不仅克服了酯交换工艺中原料受石化行业制约、副产物1,2-丙二醇（PG）需有效利用等问题,而且还为尿素提供了一条高附加值利用途径。本文旨在实现尿素、PG和甲醇“一步法”合成DMC反应精馏操作,分别考察了尿素醇解制备碳酸丙烯酯（PC）和PC-甲醇酯交换合成DMC的反应条件,建立了Ca-Al催化PC-甲醇酯交换反应合成DMC的动力学模型,并采用Aspen Plus软件对在精馏塔上PC-甲醇酯交换制备DMC进行了模拟。首先,采用机械混捏法对Zn-Al和Ca-Al催化剂粉末进行成型,考察了胶溶剂添加量对催化剂机械强度的影响、催化剂在精馏塔的装填方式以及催化剂粒度的影响,发现胶溶剂添加量对Zn-Al催化剂机械强度影响不大,但是对Ca-Al催化剂的机械强度有较大影响。每5g催化剂添加2mL胶溶剂时,Ca-Al催化剂的机械强度达到最佳。Zn-Al催化剂采用与θ环混合装填,催化剂与θ环的混合体积比10:1;Ca-Al催化剂采用自由堆放式装填。适宜的催化剂颗粒长度为2 mm。然后,在精馏塔中分别考察了尿素与PG醇解反应和PC-甲醇酯交换反应条件,建立了Ca-Al催化PC-甲醇酯交换反应动力学模型,并采用Aspen Plus软件对酯交换反应过程进行模拟。尿素醇解反应适宜的操作条件:PG与尿素进料摩尔比为5,氮气速率150 mL?min^-1,进料液时空速0.6 h^-1,反应段温度170℃,塔顶冷凝器冷凝水温度为40℃。在该条件下,PC收率最高可达82.4%,催化剂可以稳定运行200 h以上。PC-甲醇酯交换反应适宜的操作条件:回流比为9,甲醇与PC摩尔比为14,PC进料的液时空速为0.1 h^-1,反应温度70℃。在此条件下,DMC收率达到98.1%,催化剂可以稳定运行200 h以上。Ca-Al催化PC-甲醇酯交换为二级可逆反应,正反应活化能62.35 kJ·mol^-1,指前因子27.17×10⁷ L·（mol·min）^-1;逆反应活化能57.92 kJ·mol^-1,指前因子39.24×10⁶ L·（mol·min）^-1。使用Aspen Plus软件对精馏塔中PC-甲醇酯交换合成DMC反应过程进行模拟,结果表明,误差小于5%。最后,对尿素、PG与甲醇合成DMC反应进行了考察。尿素、PG与甲醇“一步法”制备DMC适宜的操作条件:回流比为9,氮气流速150 mL?min^-1,Ca-Al催化剂装填床层:PC与PG混合进料液时空速固定为0.1 h^-1、反应温度70℃;Zn-Al催化剂装填床层:甲醇与尿素进料混合摩尔比为17、甲醇与尿素混合进料液时空速为0.5 h^-1、反应温度170℃。在此条件下,DMC收率为58.2%。进料中PG含量较大是造成DMC收率较低的主要原因。采用串联方式进行尿素、PG与甲醇合成DMC反应适宜的操作条件:在真空度0.1MPa、分离温度120℃的条件下,尿素与PG制备PC反应釜液中的PG与PC的摩尔比小于1:2,可以消除PG含量过多对PC-甲醇酯交换合成DMC反应的影响,DMC的收率稳定在96.3%左右。