环状碳酸酯的酯交换反应法是最为绿色工艺路线,且该酯交换法副产物醇是一种重要有机化学品。反应精馏因其独特优势,应用较为广泛,在酯交换反应领域已得到使用,然而,酯交换反应精馏过程中使用较多的是均相催化,不足之处在于易失活、寿命短、难分离等。对于反应精馏试验设计,以往是通过单因素方法或正交法设计试验点,这两种方法均无法在给定因素的整个操作域上拟合一个精确度高的模型方程。此外,单因素法设计的试验点较多,从而试验过程时间长,浪费原料,且忽略因素间的交互效应。围绕上述问题,本文以KF为活性组分、γ-Al₂O₃为载体,制备KF/γ-Al₂O₃催化剂,先应用XRD、FTIR、BET对KF/γ-Al₂O₃的特征进行表征,然后在间歇反应器中对KF/γ-Al₂O₃催化碳酸乙烯酯与甲醇酯交换进行考察,剖析该酯交换中醇酯摩尔比、催化剂用量、搅拌速率、反应温度及时间对转化率及收率的影响,确定各因素最佳数值,并研究其反应热力学与动力学。表征及实验结果表明,573.15 K焙烧和比表面积169.47 cm²/g的KF/γ-Al₂O₃催化活性较强。此外,573.15 K焙烧KF/γ-Al₂O₃,能够使其结构相对稳定、机械强度足够大,有利于装填在反应精馏塔中。在最佳间歇反应条件下,碳酸乙烯酯转化率达到83.85%,碳酸二甲酯选择性达到77.83%。通过热力学分析确定该酯交换反应生成焓为-22.06 kJ/mol。通过反应机理确定的反应速率方程,与阿伦尼乌斯方程相结合,得出动力学模型。采用响应曲面法分析KF/γ-Al₂O₃催化碳酸乙烯酯酯交换反应精馏试验。先通过单因素法分析独立变量对碳酸乙烯酯转化率的影响,确定了四个关键变量。再使用基于Box-Behnken设计的响应曲面法分析关键因素间的交互效应,并建立碳酸乙烯酯转化率的二次回归模型,确定最优响应值。结果表明,回流比与进料流量间交互效应、进料摩尔比与塔釜加热负荷间交互效应对碳酸乙烯酯转化率影响极显著。在回流比4.9、进料流量1.49 cm³/min、进料摩尔比5.27、加热负荷85.2 W参数下,碳酸乙烯酯转化率达到96.47%。研究成果为合成碳酸二甲酯提供了依据。