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丙醛是重要的化工原料。丙醛是生产丙酸、丙醇、三羟甲基乙烷等化合物的主要原料,也可应用于食品、涂料、轻纺、饲料、橡胶助剂等领域,近年来需求旺盛。其新型合成技术的研发具有重要意义。 本研究开发了乙烯与合成气通过氢甲酰化反应均相制备丙醛的工艺,通过釜式、管式两类反应器对该工艺进行了评价,制备了合适的催化剂,优化了反应条件,并进行了工艺放大研究。 1)通过搭建的无氧双排管装置制备了铑催化剂[HRh(CO)(PPh3)3],通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、元素分析(ICP)、高分辨质谱(ESI)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对催化剂进行了表征,催化剂性质稳定。 2)采用间歇釜式反应装置研究了乙烯氢甲酰化反应合成丙醛的反应规律,考察了催化剂浓度、配体浓度、反应时间、反应温度、压力等反应条件对反应性能的影响,得到优化的工艺条件为反应温度:100℃,反应压力:2 MPa,H2∶C2H4∶CO=1∶1∶1(mol);反应釜大小为100 mL时,催化剂用量:0.0135 g,三苯基膦:0.0387 g,甲苯:10 mL。在优化的条件下,反应时间2h,乙烯转化率与丙醛选择性均大于99%,TOF为11000 h-1。 3)研究了乙烯氢甲酰化的宏观反应动力学的研究,三种原料气的反应级数分别为:一氧化碳:-0.93,乙烯:0.96,氢气:0.63;反应活化能为55 kJ/mol。 3)设计、建立了2吨/年的管式反应器模试连续装置,实现了稳定化连续运行。优化条件下,乙烯转化率平均为77%;丙醛选择性为99%。