[发明专利]一种丙烯氢甲酰化制丁醛微界面反应强化程度的评测方法

说明书

本发明提供了一种丙烯氢甲酰化制丁醛微界面反应强化程度的评测方法，包括以下步骤：(A)建立丙烯氢甲酰化反应速率表达式；(B)构建反应气体宏观反应动力学方程；(C)建立反应增强因子的数学表达式；(D)计算液相中各反应组分的浓度。本发明以实现微界面反应强化技术的经济性为目标，通过确定氧化反应微界面反应强化评测方法以最大程度提高时空产率，有利于优化丁醛合成反应器的设计和操作。

技术领域

本发明涉及反应器、建模技术领域，具体而言，涉及一种丙烯氢甲酰化制丁醛微界面反应强化程度的评测方法。

背景技术

羰基合成反应器是整个羰基合成工艺中的核心设备，Davy-Dow工艺采用两台搅拌釜式反应器串联反应。丙烯氢甲酰化反应的原料为丙烯、合成气，催化剂为配位体三苯基膦的铑膦络合物，主要反应产物为正丁醛和异丁醛。合成气通过气体分布器进入反应器，丙烯通过外循环管道进入反应器，在搅拌桨作用下合成气破碎为气泡，气液两相进行混合、传质和反应。反应温度为95～110℃，反应压力为1.8～1.9MPa，丙烯的转化率为95％左右，丁醛的收率为95％左右，合成气的利用率＞97％。除了主反应外，还会发生一些副反应，如丙烯加氢生成丙烷，丁醛进一步加氢生成丁醇，以及醛醛缩合生成三聚物和高沸物等。

从宏观反应动力学角度分析，原装置采用较高操作温度和操作压力以实现产能目标的主要原因在于：(1)升温可提高本征反应速率并减小反应阻力；(2)升压可提升反应气体(CO和H₂)分压和提高传质推动力。体系宏观反应速率因反应阻力减小和传质推动力增大而加快。

由于高温、高压条件将对实际生产产生一些不利影响，故升温、升压操作并非是提高宏观反应速率的理想途径。依据铑法催化丙烯氢甲酰化制丁醛过程的特点，认为该过程是一个既受传质影响又受本征反应影响的反应过程。由宏观反应动力学理论可知，决定宏观反应速率的因素包括：(1)本征反应速率；(2)气体分压；(3)传质速率。已有研究大多关注前两个因素对宏观反应速率的影响，而对如何强化传质速率则鲜有研究。

理论研究和工业实践业已表明，微界面强化技术可使多相反应体系气液相界面积和传质速率得到大幅提升。在理论上也可证明微界面强化技术是一种实现丙烯羰基合成既提高产能又降低能耗物耗的先进技术。

微界面强化反应器气泡尺度构效调控模型建模方法(公开号：CN107563051A)量化了反应器气泡尺度与反应器的结构参数、操作参数以及物性参数之间的关系。当通气量一定时，气泡尺寸越小，气液相界面积越大，传质阻力也就越小，其宏观反应速率也就越大。因此，当生产产能一定时，如何确定氧化反应微界面反应强化评测方法，从而最大程度提高时空产率进而实现微界面反应强化技术的经济性是一个重要的现实问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丙烯氢甲酰化制丁醛微界面反应强化程度的评测方法，该方法以实现微界面反应强化技术的经济性为目标，通过确定氧化反应微界面反应强化评测方法以最大程度提高时空产率，进而优化丁醛合成反应器的设计和操作。

微界面强化技术可使多相反应体系气液相界面积和传质速率得到大幅提升。在理论上也可证明微界面强化技术是一种实现丙烯羰基合成既提高产能又降低能耗物耗的先进技术。实际上，由宏观反应动力学理论可知，决定宏观反应速率的因素包括：(1)本征反应速率；(2)气体分压；(3)传质速率。

目前可以确定的是，微界面强化主要体现在两个方面，一是对气液传质界面面积的增大，二是对气液传质系数的增强，即气液传质阻力的降低。一般情况下，当通气量一定时，气泡尺寸越小，气液相界面积越大，传质阻力也就越小，其宏观反应速率也就越大。因此，当生产产能一定时，将微界面反应的强化效果量化有助于优化丁醛合成反应器的设计和操作，从而最大程度提高时空产率

本发明通过确定丙烯氢甲酰化制丁醛微界面强化反应的评测方法，能够实现微界面反应强化技术的经济性，同时最大程度提高时空产率。