[發明專利]一種丙烯氫甲酰化制丁醛微界面反應強化程度的評測方法

有效

• 申請號: 202111323701.5
• 申請日: 2021-11-08
• 公開（公告）號: CN113971988B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 張志炳;周政;張鋒;李磊;田洪舟;魏格林;呂文鈞;李夏冰;李永強
• 申請（專利權）人: 南京延長反應技術研究院有限公司
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C10/00
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 苑晨碩

本發明提供了一種丙烯氫甲酰化制丁醛微界面反應強化程度的評測方法，包括以下步驟：(A)建立丙烯氫甲酰化反應速率表達式；(B)構建反應氣體宏觀反應動力學方程；(C)建立反應增強因子的數學表達式；(D)計算液相中各反應組分的濃度。本發明以實現微界面反應強化技術的經濟性為目標，通過確定氧化反應微界面反應強化評測方法以最大程度提高時空產率，有利于優化丁醛合成反應器的設計和操作。

技術領域

本發明涉及反應器、建模技術領域，具體而言，涉及一種丙烯氫甲酰化制丁醛微界面反應強化程度的評測方法。

背景技術

羰基合成反應器是整個羰基合成工藝中的核心設備，Davy-Dow工藝采用兩臺攪拌釜式反應器串聯反應。丙烯氫甲酰化反應的原料為丙烯、合成氣，催化劑為配位體三苯基膦的銠膦絡合物，主要反應產物為正丁醛和異丁醛。合成氣通過氣體分布器進入反應器，丙烯通過外循環管道進入反應器，在攪拌槳作用下合成氣破碎為氣泡，氣液兩相進行混合、傳質和反應。反應溫度為95～110℃，反應壓力為1.8～1.9MPa，丙烯的轉化率為95％左右，丁醛的收率為95％左右，合成氣的利用率＞97％。除了主反應外，還會發生一些副反應，如丙烯加氫生成丙烷，丁醛進一步加氫生成丁醇，以及醛醛縮合生成三聚物和高沸物等。

從宏觀反應動力學角度分析，原裝置采用較高操作溫度和操作壓力以實現產能目標的主要原因在于：(1)升溫可提高本征反應速率并減小反應阻力；(2)升壓可提升反應氣體(CO和H₂)分壓和提高傳質推動力。體系宏觀反應速率因反應阻力減小和傳質推動力增大而加快。

由于高溫、高壓條件將對實際生產產生一些不利影響，故升溫、升壓操作并非是提高宏觀反應速率的理想途徑。依據銠法催化丙烯氫甲酰化制丁醛過程的特點，認為該過程是一個既受傳質影響又受本征反應影響的反應過程。由宏觀反應動力學理論可知，決定宏觀反應速率的因素包括：(1)本征反應速率；(2)氣體分壓；(3)傳質速率。已有研究大多關注前兩個因素對宏觀反應速率的影響，而對如何強化傳質速率則鮮有研究。

理論研究和工業實踐業已表明，微界面強化技術可使多相反應體系氣液相界面積和傳質速率得到大幅提升。在理論上也可證明微界面強化技術是一種實現丙烯羰基合成既提高產能又降低能耗物耗的先進技術。

微界面強化反應器氣泡尺度構效調控模型建模方法(公開號：CN107563051A)量化了反應器氣泡尺度與反應器的結構參數、操作參數以及物性參數之間的關系。當通氣量一定時，氣泡尺寸越小，氣液相界面積越大，傳質阻力也就越小，其宏觀反應速率也就越大。因此，當生產產能一定時，如何確定氧化反應微界面反應強化評測方法，從而最大程度提高時空產率進而實現微界面反應強化技術的經濟性是一個重要的現實問題。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種丙烯氫甲酰化制丁醛微界面反應強化程度的評測方法，該方法以實現微界面反應強化技術的經濟性為目標，通過確定氧化反應微界面反應強化評測方法以最大程度提高時空產率，進而優化丁醛合成反應器的設計和操作。

微界面強化技術可使多相反應體系氣液相界面積和傳質速率得到大幅提升。在理論上也可證明微界面強化技術是一種實現丙烯羰基合成既提高產能又降低能耗物耗的先進技術。實際上，由宏觀反應動力學理論可知，決定宏觀反應速率的因素包括：(1)本征反應速率；(2)氣體分壓；(3)傳質速率。

目前可以確定的是，微界面強化主要體現在兩個方面，一是對氣液傳質界面面積的增大，二是對氣液傳質系數的增強，即氣液傳質阻力的降低。一般情況下，當通氣量一定時，氣泡尺寸越小，氣液相界面積越大，傳質阻力也就越小，其宏觀反應速率也就越大。因此，當生產產能一定時，將微界面反應的強化效果量化有助于優化丁醛合成反應器的設計和操作，從而最大程度提高時空產率

本發明通過確定丙烯氫甲酰化制丁醛微界面強化反應的評測方法，能夠實現微界面反應強化技術的經濟性，同時最大程度提高時空產率。